设备故障诊断技术及振动监测的应用

 设备故障诊断技术及振动监测的应用 

一、设备故障诊断 

 设备故障诊断技术是以了解和掌握设备使用过程中的状态，确定其整体或局部是否正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障及判断发展趋势的技术。通俗地说给设备“看病”的技术。 

 这里所指的设备可以是动态的如各种回转机械也可以是静态的如容器、管道、阀门，还包括电器设备设施。 

 设备故障诊断技术属于信息技术范畴，它是利用被诊断的对象所提供的一切有用的信息，经过分析处理以获得*能识别设备状态的特性参数，以便做出正确的诊断结论。信息通常有三个主要环节：1）信息的采集2）信息的分析处理3）状态识别、判断和预报。这三个环节是连贯的且是相互关联的。 

 信息技术并不等于诊断技术，使信息技术能更好为设备诊断服务需有二方面的知识面1）关于设备故障或失效机理的知识2）关于被诊断设备的知识如设备的结构、安装、运行、维修等多方面的知识。未对被诊断设备的透彻了解，单一信息分析也难以达到**正确的诊断。 

随科学及技术的发展，设备的先进性不断**，从而设备的操作技术日趋简单，但维修技术特别是早期故障诊断已显得十分重要。同时设备故障的多样化及复杂性，需要作综合分析，已不能用一、二种方法解决所有设备的诊断。 

 设备诊断技术的应用目的在于将设备的故障管理从传统的以个人或少数人的感观对设备状态进行判断上升到运行信息技术包括计算机诊断技术的应用达到设备维修管理有质的上升。尽量避免或减少设备事故，降低停机率，降低维修成本，避免过度维修及失修，使设备设施能在**、可靠、保护环境和节能的情况下运行。 

 设备故障诊断技术只有与先进的设备管理体制和维修技术结合才能发挥其更大的优越性。 

 设备诊断与医学诊断对比

 机械故障诊断的基本方法分类，一是按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为简易诊断法和精密诊断法；二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法、机器性能参数测定法。 

 机械故障诊断中常用根据统计得出一般机械设备劣化进程的规律曲线（曲线的形状类似浴盆的剖面线，被称为浴盆曲线）。横轴包括1、磨合期 2、正常使用期 3、耗损期 ；轴包括1、绿区（故障率*低，表示机器处于良好状态）2、黄区（故障率有抬高的趋势，表示机器处于警械注意状态）3、红区（故障率已大幅上升的阶段，表示机器处于严重或危险状态，要随时准备停机） 

 状态监测通常指通过测定设备的某个较低为单一的特征参数，（如振动、温度），来检查其状态是正常或异常及其严重程度。当达到某一设定值（极限值）就应停机检修。状态监测通常用较简单的，容易使用者掌握的仪器。也被称为简易诊断。与点检相结合能达到较好的效果。 

 设备诊断技术不仅要检查设备状态是正常或异常，还要对设备故障的原因、部位以致严重程度作深入分析做出判断。定量掌握设备的状态。也被称为精密诊断。 

正确处理简易诊断和精密诊断的关系在设备诊断应用中至关重要。设备诊断技术适合应用于 

1、重大关键设备，包括无备用的主要设备。 

2、不能接近检查、不能解体检查的设备 

3、维修困难、维修成本高的设备 

4、没有备品备件或备品备件价格昂贵的设备 

5、从人身**、环境保护等方面考虑，必须用诊断技术的设备。

三、振动监测技术及应用 

 在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，特别是回转机械中；振动监测是*普遍应用的基本方法。当机械内部发生异常时，通常情况下都会伴随出现振动加大及性能的变化。可以在不停机或解体的条件下，通过对振动信号的测量和分析，诊断机械的劣化程度及故障特征。 

振动的定义：物体或某种状态随着时间往复变化的现象 

 表示振动的三大要素：振幅、频率、相位 概括为能量。回转机械中，振动法*实用有效，辅之以可结**用油分析 

振动的分类：1、按规律：简谐振动（周期振动）；非简谐振动和随机振动（非周期振动） 

            2、按产生原因：自由振动、受迫振动、自激振动和参变振动等 

            3、按自由度：单自由度系统、多自由度系统和弹性振动 

            4、按振动位移特征：角振动和直线振动 

            5、系统结构参数：线性振动和非线性振动 

在机械故障诊断中，着重关注振动规律和产生原因两项内容。 

 自激振动指在非线性机械系统内，由非震荡能量转换为震荡激励所产生的振动。自激振动是在没有外激励作用的条件下产生的。特征：1、随机性。2、振动系统非线性特征较强时才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转换为系统振动能量。3、自激振动与转速不成比例。4、转轴存在异步涡动。5、振动波形在暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态时，波形是规则的周期振动，与一般的强迫振动近似的正弦波有区别。常见故障中有喘振、油膜振荡 

强迫震动是受外力作用下被迫的产生一种震动．强迫震动必须是被动的．特征： 

1、物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励力频率相等。2、振幅B的大小除了与激励力大小成正比，与刚度成反比外，还与频率比。阻尼比有关。3、物体位移达到*大值的时间与激励力达到*大值的时间是不同的，两者之间存在有一个相位差。常见故障中有不对中、轴弯曲、齿轮缺陷、不平衡、机械松动、轴承故障、皮带传动故障。。。等。 

1、有关振动的基本参数： 1）振幅：代表振动的大小与设备或机械组件损坏的严重程度。 振幅的单位有：位移值（m或mm）；常用于固定型非接触式位移量测；；低频（或低转） 量测时使用；

速度值（mm/sec）；普遍使用于各种机械之振动量测；不论高频或低频皆适用；.ISO标准所使用的单位（RMS值）。 

加速度值（cm/s2 g）：高频检测时使用；*常使用于轴承检测；振动冲击能量之检测。 

  振动的幅值： 

①、峰值； 单峰（p）、双峰(p-p)、 

②、平均值 半周期内的加权平均值X(av) 

③、均方值 振动能量的平均值X) 

④有效值 均方值的平方根X(rms ) 

2）频率：代表振动的成因，分析设备或机械组件振动损坏的要素之一。 频率的单位有：每秒发生次数（Hz或CPS）、每分钟发生次数（CPM） 

3）相位：代表测点间振动的相互关系，设备或机械组件的「运转模态」。 相位的单位为：相位：相位相同时产生合拍共振，相位相反时消振 

4）、能量：代表振动的破坏力，设备或机械组件损坏的「冲击状况」。 计算振幅时需以均方根值（rms）表示

2、振动的测试： 

   量标和量值的选用： 

   量标：位移、速度、加速度 

   位移：应用于低频（如桥梁、建筑、构件）；高速旋转机械对旋转精度要求较高的场合 

   速度：应用于评定设备的振动强度 

   加速度：应用于高频振动、宽频宽的测量及冲击试验。 

   量值：峰值、有效值、平均值 

   （有效值反映振动能量大小；同时兼顾振动时间的历程。 在评定机械振动的量级主要用速度及加速度） 

3、机械振动分类

1）机械设备分类（振动标准需求，参照ISO标准10816.3） 

I类：小型机械，15KW以下电机 

II类：中型机械，15-75KW电机A 

III类：刚性安装的大型机械等 

IV类：柔性安装的大型机械等 

V类：刚性安装的往复机械等 

VI类：柔性安装的往复机械等 

说明：振动评定以I类机械为准，类别之差为1.6倍（4dB）。即I类X1；II类X1.6； 

III类X2.5；IV类X4；V类和VI类可适当放宽，分别X6.5。 

2）振动强度等级：

3）机械设备振动分级标准:

4）旋转机械的振动产生故障分析

RPM：每分钟转速 

四、振动数据的采集及分析： 

 振动数据的采集主要用测振动仪。在简易诊断中一般采用接触式手持振动仪。可直观显示位移、速度、加速度。如果设定了许可值，在超出时将会报警。 

 只有简易诊断中发生的异常难以作出判断，需进行频谱分析时才使用精密测振分析仪。由于仪器价格高、并对使用者需有较高的专业知识。通常由专业分析机构完成。 

 数据采集点O振动数据的采集点每次应相同，只有这样前后的数据才有可比性。采集点的设置要合理，如回转机械至少在径向垂直和水平成90度角各取一点。有条件时轴向取一点。

测点的表面状态很能重要，应平整可接触良好。数值要求为三次测量的平均值。 

 简单的数据分析采用比较法：**判断；1）对比与原始数据变化。此数据可以在设备安装调试结束后检测取得，也可在磨合期结束，进入稳态时取得。2）对照相关的标准，如ISO1372，ISO10816-3；ISO7919.3-2009；国标GBT11348；GBT6404；JBT10490。。。等。 相对判断：1）谱图分析；简易诊断中可比对典型谱图。2）多台同类设备比较。有条件建议同时采用**判断和相对判断。 

 检测周期：初期可按机械分类选择较合理的周期，目前较多采用的是结合在精密点检，对故障频率相对较高的也可结合在一般点检内容内。在有资料结累基础上，通常依据过去异常的履历或异常周期及设备劣化的速度。可以取历史异常周期的1/8至1/10。当数值发生变化进入劣化开始上升区域必须加密检测次数。