机械设备故障诊断的现场开展与及案例分析

2020/2/21
振动幅值的表示方法
▪ 峰值（单峰值P，峰峰值P－P） ▪ 均方根值（有效值 RMS） ▪ 平均值（AV）
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振动测点的布置
▪ 振动测点选择原则：
1，测点应选择信号传递路线最短捷的位置，并尽量减少中间 界面
2，选择能反映机器工作状态的信号反应比较敏感的部位作 为测点。如轴承痤、机座，一般都选为典型测点 。
机械设备故障诊断的现场开展 与及案例分析
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机械设备故障诊断现场开展
▪ 机械设备故障诊断的关键点（4个W） ▪ 振动——机械的脉搏 ▪ 振动参数的选择 ▪ 振动幅值的表示方法 ▪ 振动测点的布置 ▪ 振动测试工况及测试周期 ▪ 频带设置 ▪ 测试前的准备
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故障诊断的目的
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如何选择振动参数
加速度 acceleration
速度 velocity
美国国家标准ANSI S2 18-1980
位移D
速度V
<1000Hz
10~1000Hz
常用单位 位移D
m, mm, um
速度V m/s, mm/s
位移 displacement
加速度A >1000Hz
加速度A m/s2, g=9.81m/s2
机械设备故障诊断的目的：
•Where？ 故障在出现哪里？
•Why？ 故障产生的原因？
•What？ 是什么样的故障？
•When？ 故障什么时候发生？
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故障诊断的目的
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图1 设备的浴盆曲线
振动——机械的脉搏
▪ 当机器工作时，会产生振动；当机器内部
发生异常时，会随之出现振动加大和工作 性能的变化，根据对机械振动信号的测量 和分析，不用停机和解体方式，就可对机 器的劣化程度和故障性质有所了解，这就 是振动测量技术。也就是说给机器“搭
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测试前的准备
▪ 被测机器设备的技术调研 ▪ 制订测试方案 ▪ 确定测试的技术路线 ▪ 绘制机器简图，注上测点编号 ▪ 频率计算 ▪ 选择振动参数，振动幅值，频带以及测试
工况
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信号获取
T ra n s d u c e r
W aveform
A m p litu d e
T im e
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A m p litu d e
F re q u e n c y
设备故障诊断
• 每种设备故障产生特定的振动模式 • 振动频率是由设备几何结构和运行速度确定的 •振动测试可以提供整个设备运行的信息
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案例分析
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1，不平衡 2，不对中 3，机械松动 4，滚动轴承
▪ 据脉统”计。，50~70%的机械故障通过振动形式
表现出来。
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振动——机械的脉搏
“当今工业领域，在不停机情况下测试获得的参数中，包含信 息量最丰富的是振动信号。”
---- Art Crawford（美国振动学之父）
振动分析是设备管理中实现预测维修的基本手段： •时域分析，将振动作为时间t的函数x(t)来观测。 •频域分析，使用快速傅立叶变换（FFT）将x(t)变换 成频率f 的函数X(f)。
O ve ra ll E nergy
T im e
FFT S pectrum
A m p litu d e
D a ta C o lle cto r/A n a lyze r
2020/2/21Fra bibliotekF re q u e n c y
FFT 信号处理
A m p litu d e
A m p litu d e
T im e
不平衡－原因
原因 • 部件装配不当 • 风机叶片或叶轮上杂质堆积 • 旋转元件的磨损 • 部件断裂或失落 • 新进来的设备没有关于平衡的规格书,
或规格书不正确
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不平衡－特征
特征 • 在转速的1倍频上有高的径向峰值 • 在转速的1倍频上轴向振动较低 • 转速的倍频较低 • 在时域波形中，有明显的1倍转速的正弦
振动测量周期 ▪ 测试周期必须和机器设备的技术状况同步。
▪ 必须对机器的劣化速度进行充分的研究。
▪ 对于一般转速的、劣化过程发展缓慢的机器设
备，可采用周期性的测试方法，也称为离线监 测；而对于高速旋转的、其劣化异变是瞬时发 生的机器设备，则需要进行现场跟踪实时测量， 也称为在线监测。
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频带设置选择
▪ 频带设置相关因素：
设备转速（n RPM）、转频（order）、设备结构、故障类型
▪ 根据所测设备可能出现的故障选择频带
故障类型
测量类型
频带设置
不对中、不平衡 松动、共振，皮带
滚动轴承故障
齿轮故障
速度频谱图 加速度时域图
加速度时域图 加速度频谱图 速度时域图频谱图
500Hz 70×RPM 3.5GMF
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测量工况及测量周期
▪ 测量工况包含：
轻载与重载，快速与慢速，高压与低压，启动与停机等
▪ 定期的状态监测与趋势分析时 ：
一般选择机器的稳定工况即机器在正常运转时的工况
▪ 给机器作故障诊断时 ：
在现场许可的条件下，我们一般选择最能暴露机器故障的 工况
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测量工况及测量周期
3，测点应固定下来，选择好测点后在该点做标记。
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振动测点的布置
▪ 一般情况下，都要用三个方向的振动来评定，因为象低频
振动(对于高频振动，一般无方向性，通常只从一个方向来 测量)在一个测点上，由于载荷的影响或故障的变化，造成 这个测点在三个方向上的振动的变化是不一样的，总有一 个或两个方向上会有敏感的反应。例如：不平衡在水平方 向上表现突出，不同轴则反应在轴向上，而机器松动在垂 直方向上容易发生。
▪ 制定测点布置的方案是关系到测量结果的一件十分重要的
工作。此前应做好两项准备。第一，查阅有关机械设备的 技术文件和图纸资料，对设备的结构原理、机械运动动力 学、故障机理等要有一个透彻的了解。第二，要到现场实 地考察，主要察看传感器的安装位置是否安全可靠，测点 布置的方案一旦形成，要绘制测点布置图，并给每一个测 点编号，以备考。
形式 • 将导致发生其它故障类型，特别是松动
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不平衡－案例1（涡轮机 ）
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不平衡－案例1
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上海星晟检测仪器有限公司
不平衡－案例2
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不平衡－案例1
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