状态监测与故障诊断

传感器类型
▪ 根据测量参数的不同，测量中用到的传感器有以下 几类：
➢ 位移传感器 ➢ 速度传感器 ➢ 加速度传感器
▪ 传感器稳定时间
▪ 传感器的标定
鉴于某些加速度传感器的运行环境，推荐每年进行一次标定
传感器和单位的选择
传感器的选择要考虑：
传感器的频率响应和传感器的使用范围
频率响应的表示：用输入信号 与测量所得信号之间的关系曲 线。 理想情况下，传感器的输出信 号，其曲线应该是平直的（如 左上图）
实际上，通常存在着一个低频 限制，在某个频率范围内响应 曲线为平滑曲线（或直线），而 在高频区域，响应曲线还会出现 下滑（如左下图）
传感器的安放
传感器的安放原则是：
1.选择的安装位置必须要能够保证使用数据采集仪时的工 作安全 ；
2.在振源（轴承）和传感器间必须有一个良好的机械传输 路径。机器上的许多部件都会产生振动，传感器安装时应 选择振源和传感器间的最短路径。
状态监测技术
1.状态监测介绍
(1)简介 正如其名，状态监测就是监测设备状态的技术， 我们通过它来了解设备的健康状况，判断设备是 处于稳定状态或正在恶化。
状态监测技术
(2)为什么要进行状态监测 你可能会问我们为什么如此关注旋转机械的健康 状态？概括一句话：经济效益。
状态监测技术
(3)如何进行状态监测 那么，在进行状态监测时我们能够做哪些工作
确定报警值和危险值的方法
• 绝对法
根据相应的国际标准、国家标准、行业标 准等 如： ISO， GB， API 等。
• 相对法
以机器正常状态的振动值作为基数，自己 和自己比。
• 类比法
与同类机器的振动值作比较。
转机振动标准举例(轴承振动)
ISO2372，ISO3945
振 动 烈 度 m m /s
设备分级
小结
▪ 归纳一下特征频率的计算步骤： ▪ 首先确定每个轴的相对转速； ▪ 分析各个轴上的元件并计算它们的扰动频率
（如轴承频率、叶片通过频率和齿轮啮合频 率等）。同时不要忘记考虑轴的转速。
典型信号
▪ 正弦波 ▪ 方波和谐波 ▪ 限幅波 ▪ 瞬态 ▪ 调制和边频带 ▪ 拍击 ▪ 混合信号和相位
总振值（均方根值RMS）
D
45
28
A B C
D
A
B C D
A I 级：小型机械 例15kW以下电机
II级：中型机械 B 例15～75kW以下电机
和300kW以下机械 C III级：大型机械，刚性基础 D 600～12000r/min
71
45
A－优，B－良，C－可，D－不可
IV 级：大型机械，柔性基础 600～12000r/min
一、 四个阶段
检测阶段 故障根源分析
分析阶段 确认阶段
二、频谱分析
得到了频谱图，首先需要检查， 接着查找相关 的模式： 谐波、边频带、峰丘等，然后开始查找一 些特殊的故障：不平衡、不对中和轴承故障等等。
1、验证数据
采集的数据中都可能存在一些错误的数据。其主要 原因可能是传感器没有良好的固定，机器在测试过程 中出现波动或工作状况不正确等等 ，所以做结论之 前要仔细检查所列的检查表。
识别运动速度频率处的峰值，可以利用谐波 标志将速度峰值及其倍频位置标出，最好的方法 是将频谱进行归一化阶处理。
5、快速扫描数据
要快速查找那些跟重要模式和特征相关的数据。请查找高 振幅峰值、均匀间隔的系列峰值（谐波和边频带）、非整数 倍转动频率的峰值、较高的背景噪音的峰丘状图谱。
6、分析谐波
谐波是从一系列从基频开始的波峰。谐波是非常明显的， 如果你使用对数方式来显示，它们将更为明显。有时谐波的振 幅会高于基频振幅，时谐波与运行速度无关。它们还可能与轴 承频率、皮带速度或其它频率有关。
相位测量
左上图表示：如果两个 信号同相位，它们会同 时到达峰值 。
左下图表示：如果两个 信号间的相位差为180 度，当其中一个达到峰 值时，另一个正好达到
极小值。
第四章 振动分析
▪ 本章将重点放在对振动数据的分析上，并据此 判断是否有故障存在。我们将这部分分成以下四个 阶段：检测、分析/诊断、故障的根源分析和确认阶 段。
同相位振动波形
相位相差180
振动的度量
三个重要参数及其相互关系
▪ 位移 ▪ 速度 ▪ 速度和位移的关系 ▪ 加速度 ▪ 加速度、速度和位移的关系
频谱简介
▪ 风扇在转动时产生的单纯的正弦信号 ▪ 打开模拟器上的卡片选项后，其波形会发生变化 ▪ 扇叶撞击卡片振动波形 ▪ 叠加波形
频谱简介பைடு நூலகம்
快速傅立叶（FFT）
设备为何发生故障
据统计，工业现场的轴承 仅有10%达到设计寿命 (1) 40%由于润滑不良造成失效
(2) 30%由于不对中等装配原因引起故障 (3) 20%是由于过载使用或制造上的原因导致故障
设备为何发生故障
设备故障产生的原因 ❖ 设计、制造 ❖ 安装的原因 ❖ 维护方法的不当 ❖ 超负荷使用
设备维护的重要性
设备监控与故障诊断
李宏坤 沈鼓研究院-大连分院
第一章 设备维护概述
一、设备的重要性 二、设备为何发生故障 三、设备维护的重要性 四、常用的设备维护体制 五、状态监测技术 六、状态监测的发展趋势
设备的重要性
1.现代工业的特点：大型化、 连续化、高速化和自动化 2.现代工业对设备的依赖程度 3.设备发生故障而停工造成的 损失巨大，维修费用大幅上升； 同时可能招致重大事故。
振动烈度：
范 围 限 值 I 级 II 级 III 级 IV 级 振动速度的有效值
0 . 2 8 0.28
测量频率范围 10～1000H
0 .4 5 0.45 A
0 . 7 1 0.71
1.12 1.8
1.12 B 1.8
2.8 4.5 7.1 11.2
2.8 C 4.5
7.1
18 28
11.2
18
振动概述
▪ 如何进行测量 ▪ 测量什么 ▪ 测量信号的形状 ▪ 如何去解释那些最终的数据图表 （如何进行
分析）
时域波形基本术语
▪ 什么是时域波形 ▪ 周期和频率 ▪ CPM制频率和Hz制频率
时域波形基本术语
▪ 振幅 ▪ 峰-峰值 ▪ 峰值 ▪ 均值 ▪ 均方根值（RMS）
相位简介
▪ 相位就是事件的时间顺序：一个事件的出现与另一 事件相关。
信号处理基础
第三章 振动测量实践
一、振动测量的基础知识 二、传感器类型 三、传感器和单位的选择 四、传感器的安放 五、安装传感器 六、采集测量数据 七、相位测量
振动测量的基础知识
振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移
图中显示了振动测 量的基本参数:加速度、 速度和位移。
三者的相位关系是： 位移与加速度有180 度的相位差，与速度 有90度的相位差。
2、检查传感器故障
最常见的错误与传感器有关的，与传感器相关问 题大都来自于不正确的安装方式。要做的第一件事 是检查频谱中是否有峰值出现，不仅是与电气有关 的峰值（在行频及其倍数处），还要确保存在与机 器状态相关的信息
3、测试环境的修正
测试设备运行要稳定
分析测试点要正确
4、识别运动速度频率处的峰值
mm/s pk
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40 R
滑 报动 警轴 参承 考机 8 值械
的
6
故障频率带 频率范围 报警值 单 位
通频
(0~10)×R 8.8 mm/s pk
亚同步
(0~0.8)×R 2.54 mm/s pk
基频
(0.8~1.8)×R 7.6 mm/s pk
2~3 倍频 (1.5~3.5)×R 6.3 mm/s pk
状态监测的发展趋势
状态监测的发展趋势是： 诊断技术与诊断系统紧密结合；机器状态监测和工业过
程监测将融为一体；自动诊断和在线系统的应用将日趋增 加；最新的IT技术、Internet技术将更广泛地应用在该领 域。
离线检测
在线监测
第二章 振动原理
一、振动原理概述 二、时域波形 三、相位 四、振动的度量 五、频谱 六、特征频率 七、典型信号 八、总振值 九、振动分析简介
转
机
振 动 标 准
轴 振 动
举
例
)
(
VDI－德国工程师协会 IEC －国际电工协会 API － 美国石油协会
相对法确定振动限值
旋转机械 滑动轴承
1234 56 78
滚动轴承 齿轮
报警值 ＝(2~3) × 正常值 危险值 ＝(4~6) × 正常值
类比法确定振动限值
设备号
ABCD
测点
AB
①H 0.06 0.06 0.06 0.06
▪ “总振值”就是信号的均方根值（RMS）。 ▪ 总振值通常用来测量频率在10-1000Hz之间
的振动信号。
振动分析简介
▪ 通过对前面有过时域波形和频谱相关知识的学习， 结合机械振动学的知识我们可以对机械设备的简单 故障进行分析了，当然这只是一个很初步的故障诊 断，这将为后续的设备故障诊断打下良好的基础。
安放传感器时必须确保没有将传感 器安装到自身会受到机器振动激励 的部件上。诸如风扇罩、联轴器防 护盖、电动机散热片等不宜放置传 感器的部件（如左图）。
采集测量数据
▪ 识别无效数据 ▪ 热瞬态 ▪ 表面污垢将会导致高频信号损失 ▪ 接触不良产生的谐波 ▪ 传感器问题
相位测量
相位反映了两个正弦波间的相对时间差。就我们所讨 论的问题，正弦波通常表示的是转速频率。尽管实际 测量的是时间差，但一般用角度来表示（或弧度）。 360度为一圆周（轴旋转一圈）。