浅谈设备状态监测与故障诊断技术
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一
种 了解和 掌握 设备在 使 用过程 中的状 态，
中 ，除特 别注 明外 ，振 动位 移 的量 值为 峰一 面、设备结构 问隙上设置测点。
确定 其整体或 局部正 常或异 常 ，早 期发现 故 峰值 ，单位是 微米 ；振 动速度 的量值 为有效
障及 其 原 因， 并 能预 报故 障发 展趋 势 的技 值 ，单位 是毫米／ 秒或英 寸／ ；振动加 速度 秒 １ 、径 向：水平 方 向Ｈ ，在 水平面 内，其 术 。本 文介 绍了设 备状 态监 测与故 障诊断技 的量值是单峰值 ，单位是重力加速度 。 指 向通过轴的轴心线 ， 术的发展 、优 点，并对 振动分 析法做 了重 点 ２ 、频 率 ：频率 是物 体 每秒 钟振 动 的次 垂直方 向Ｖ ，在铅锤面 内，其 指 向通过轴
三 、振 动 测 点 的 设 置
身振 值变化 率的 允许值 ，特别适 用于 尚无使
用 的 振 动 绝对 标 准 的 设 备 。
轴 承回 油温度及 瓦块温度 的监测 、综 合分析 故障 类型进 行准 确的诊 断，如转 子动不 平衡
近 年来 ，振动 与噪声 理论 、测 试技术 、 信号 分析与 数据处 理技术 、计算机 技术及 其 他相关 基础 学科 的发展 ，为设备状 态监测 与 故障诊 断技术 打下 了 良好 的基础 ，丽工业 生 产逐步 向大 型化 、高速 化 、 自动化 、流程 化 方 向发 展 ，又为设 备状态 监测与故 障诊断技 源 于生 产实 际、又 与近代科 学技术 发展密切 相关 的新兴 学科 在 实际生产 中必将 发挥越来
２ 、轴向：在水平面 内，其指 向与轴 的轴 心线平行高度 。
四 、振 动 诊 断 技 术 应 用 范 围
１ 、直 接生产设备 ，特别是连续 作业和 流
程作业中的设备。
２ 、大型精密及成套设备。 ３ 、发生故障或停机后会造成较 大经 济损
失的 设 备 。
或空 间上的相差。相位 的单位 是度 。 相位在振 动领域 有着许 多重 要的应 用， 例 如 ： 比较 同频 率 振动 在 时 间 上 的先 后 关 系 ； 比较 激 振 力 与 响应 在 空 间上 的相 互 关 系 ；等等 。
监 测点应 科学 的选定那 些最 能真实反 映 态做 出全面 的描述 。通常应 环绕机 器外部 ，
设备运 行状态 的测 点， 以便 对设备 的振动 状 术开辟 了广 阔的应用 前景 。可 以预 见，这项
在互相 垂直 的三个方 向上 ，分散选 定测 点，
一
、
振动 的基本参数
ｌ 、振 幅：振 幅是物体动态运动或振 动的 幅度 。它是振 动强度 和能量 水平 的标 志 ，也 是评判机器运转状态优劣 的一个重要指标。 振 幅 的 量 值 可 以表 示 为 峰 一 值 （ — 峰 Ｐ Ｐ ）、单 峰值 （ － ）、有 效值 （ ｌ ）或平 ｏＰ Ｙｓ ｎ 均值 （ ｖ ｒ ｇ ）。峰一 值是整个振 动历程 Ａ ｅａ ｅ 峰
有 效 值 即 均 方 根 值 。 振 幅 分 别 采 用 振 动 的 位 移 、速 度 或 加 速 度 加 以 描 述 、 度 量 ， 三 者
１３ ８
的轴 心 线 。
关 键 词 ：设 备 状 态监 测 与故 障诊 断 技 是分析振动原因的重要依据。 术；发展 ；优点 ；振动分析法；介 绍 设备状 态监测 与故 障诊断技 术是 一种 了 解 和掌握 设备在使 用过程 中 的状 态 ，确 定其 整体或 局部正常 或异常 ，早期 发现故 障及其 原因，并能预报故障发展趋势的技 术。 设备状 态监测 与故 障诊断技 术最初 形成 于英 国， 由于其 实用性 以及为 企业和 社会带 来的效 益， 日益 受到企 业和政府 的重 视 。特 别是近３ 年来 ，随着科 学技术 的不断进 步和 Ｏ 发展 ，尤 其是测试 技术 、计算机 技术 的迅速 发展和普 及 ，它 已逐步 形成 了一门较 为完整 的学 科 。 早 期 的设 备 维 修 体制 基本 上 是 事 后 维 修 ，即设 备发生故 障后再 进行检 修 。随着 流
生产建设
浅谈设备状态监测 与故障诊断技术
文／ 宫永健 张英菊 （ 奥的斯 电梯＜ 中国＞ 限公司石家庄分公司；河北新晶焦化有限责任 公司） 有
５ 、不在设备外 壳、保 护罩、轴承座剖分
测 点位 置 有 以 下 要求 ：
摘要 ：设备 状 态监 测与故 障诊 断技术是 可 以通过 微分或 积分进 行换算 。在振 动测量
析。
一
振动标 准从运 行角度 分 为设备使 用者 的 运行 管理标 准和 制造厂 的出厂 标准 。通 常后
者 比前 者 更 严 格 。
从故障 诊断 的角度还 可分 为绝对标准 、 相对 标准 两种 。绝 对标准 是指用 以判 断设备 状态 的振动 绝对数 值 ；相 对标准 是指设 备 自
检修 实际上 既不经济 又不合 理 ，最 大的 问题 行 状态信 息 ，它既包 含了转 子、轴承 、联轴 二者之 间的矛 盾。 因此，将预 防性定 期检修 态 的信息 ，又包 含 了诸 如转速 、流量 、进 出 率 的一 条重要 途径 ，也是现代 设备管 理的 需 息 ； 要。 第三 ，振动信 号易 于拾取 ，便于在 不影 设备 状态监测 与故 障诊断 常用 的方法有 振动分 析法 、油液分析 法 、轴 位移 的监测 、 法 等 。其 中 ，振动 分析法 是大机 组状态 监测 与故障诊 断所使用 的主 要方法 。本文 主要对 振动分析法进行介绍。 振动分析 法是对 设备所 产生 的机械 振动 （ 对大机 组来说 ，主要是 转子相 对于轴 承的 振 动 ）进 行信号采 集 、数 据处理 后 ，根 据振 幅 、频率 、相 位及相 关 图谱 所进行 的故 障分
响机 组运 行的情 况下实 行在线监 测和诊 断 。 采用 振动 分析法 ，可 以对 旋转机 械大部 分的 问题 、转 子弯 曲、轴 承工 作不 良、油膜 涡动 及油 膜振 荡、 子热不对 中 、动 静件摩擦 、 转 旋转 失速及 喘振 、转轴 的横 向裂 纹、机械 松 动、结构共振等等
准。
振动 分析 法是旋 转机械 故障 中运用最广 泛 、最有效 的方法 ，也是大 机组状 态监测 与
故障 诊断所 使用 的主要方法 ，是 由它的 自身 程 化工业 的推广 ，这 种落 后的管 理模式往 往 特 点 决 定 的 。 第 一 ，在 大型旋转 机械 的所有 故障 中， 会 造成 巨大 的经济 损失 ，因此又逐 步推行 定 期 检修 。随着对设 备故障 机理 的研 究和设 备 管理 水平 的提 高 ，人 们又逐 步认识 到 ，定 期 是 无 法解 决 “维修 不 足 ”和 “ 修 过 剩 ” 维 逐步过 渡到 “ 状态维 修 ”已经 成为提 高生产 振动故障出现的概率最高 ； 第二 ，振动 信号包 含 了丰 富的机械 及运 器 、基础 、管 线等机械 零部件 运行 中 自身状 口压力 以及温度 、油温 等影 响运 行状态 的信
二 、振 动分 析 法 的 特 点
４ 、容 易发 生人身安全事故的设备。 ５ 、发生故障后会产生二次公害的设备 。 ６ 、维修周期长或维修费用高的设备。 ７ 、没 有 备 份 的关 键 设 备 。 五 、设备振动的判断标准 从减 小振动 对设 备的危 害角度来 考虑 ， 设备 的振动值 越小越 好 。但 是 ，如 果为减 小 设备振 动花 费的代价 过高 ，便 失去 了实际意 义。 因此 ，在 实际应 用 中，人们通 过大量 的 工程实 例 ，根据 影 响设备振 动的主 要原因提 出了相应 的控制 方法 ，即建立 相应 的判断标
其他测点仍保持在理想位置。
盛 兆顺等． 设备状 态监 测与故障诊 断技术
及应用． 化学工业 出版社 ，２ ０ ０３
第三期 全 国设备 状 态监测 与故障诊 断 实 用技术培训 班培训资料． 中国设备管 理协会设 备管理专题交流 中心主办
的最大值 ；单峰 值是正 峰或 负峰的最 大值 ：
介绍。
数 ，单位 是赫兹 。频率是 振动特 性的标 志 ， 某种 振 动 频 率 可 能 和 多 种类 型 的故 障 有关 联 ，因此 ，振 动频率和 振动 故障 的对 应 关系 并不 是唯一 的。为 了得到正确 的诊 断结 论 ，需要对各种振动信 息进行综合分析 。
３ 相 位 ： 相 位 是 指 两 个振 动 要 素 在 时 间 、
般 选 在 机 器振 动 的敏 感 点及 刚 性 支承 点 越 大的作用 。 等 。测 点的数 量能反 映机器 的主要运 行状态
就行 。 测 点 的选 定 一 般 依 据 以下 原 则 ：
参考文献：
ห้องสมุดไป่ตู้
ｌ 、可以安全、重复 的采集数据 。
２ 、在轴承座 的水 平、垂直和轴 向三个正 交方 向上布置测点 。 ３ 、测 点尽 可能靠近轴承的承载区。 ４ 一 个 方 向因 故 偏 离 理 想位 置 并 不 影 响 、
种 了解和 掌握 设备在 使 用过程 中的状 态，
中 ，除特 别注 明外 ，振 动位 移 的量 值为 峰一 面、设备结构 问隙上设置测点。
确定 其整体或 局部正 常或异 常 ，早 期发现 故 峰值 ，单位是 微米 ；振 动速度 的量值 为有效
障及 其 原 因， 并 能预 报故 障发 展趋 势 的技 值 ，单位 是毫米／ 秒或英 寸／ ；振动加 速度 秒 １ 、径 向：水平 方 向Ｈ ，在 水平面 内，其 术 。本 文介 绍了设 备状 态监 测与故 障诊断技 的量值是单峰值 ，单位是重力加速度 。 指 向通过轴的轴心线 ， 术的发展 、优 点，并对 振动分 析法做 了重 点 ２ 、频 率 ：频率 是物 体 每秒 钟振 动 的次 垂直方 向Ｖ ，在铅锤面 内，其 指 向通过轴
三 、振 动 测 点 的 设 置
身振 值变化 率的 允许值 ，特别适 用于 尚无使
用 的 振 动 绝对 标 准 的 设 备 。
轴 承回 油温度及 瓦块温度 的监测 、综 合分析 故障 类型进 行准 确的诊 断，如转 子动不 平衡
近 年来 ，振动 与噪声 理论 、测 试技术 、 信号 分析与 数据处 理技术 、计算机 技术及 其 他相关 基础 学科 的发展 ，为设备状 态监测 与 故障诊 断技术 打下 了 良好 的基础 ，丽工业 生 产逐步 向大 型化 、高速 化 、 自动化 、流程 化 方 向发 展 ，又为设 备状态 监测与故 障诊断技 源 于生 产实 际、又 与近代科 学技术 发展密切 相关 的新兴 学科 在 实际生产 中必将 发挥越来
２ 、轴向：在水平面 内，其指 向与轴 的轴 心线平行高度 。
四 、振 动 诊 断 技 术 应 用 范 围
１ 、直 接生产设备 ，特别是连续 作业和 流
程作业中的设备。
２ 、大型精密及成套设备。 ３ 、发生故障或停机后会造成较 大经 济损
失的 设 备 。
或空 间上的相差。相位 的单位 是度 。 相位在振 动领域 有着许 多重 要的应 用， 例 如 ： 比较 同频 率 振动 在 时 间 上 的先 后 关 系 ； 比较 激 振 力 与 响应 在 空 间上 的相 互 关 系 ；等等 。
监 测点应 科学 的选定那 些最 能真实反 映 态做 出全面 的描述 。通常应 环绕机 器外部 ，
设备运 行状态 的测 点， 以便 对设备 的振动 状 术开辟 了广 阔的应用 前景 。可 以预 见，这项
在互相 垂直 的三个方 向上 ，分散选 定测 点，
一
、
振动 的基本参数
ｌ 、振 幅：振 幅是物体动态运动或振 动的 幅度 。它是振 动强度 和能量 水平 的标 志 ，也 是评判机器运转状态优劣 的一个重要指标。 振 幅 的 量 值 可 以表 示 为 峰 一 值 （ — 峰 Ｐ Ｐ ）、单 峰值 （ － ）、有 效值 （ ｌ ）或平 ｏＰ Ｙｓ ｎ 均值 （ ｖ ｒ ｇ ）。峰一 值是整个振 动历程 Ａ ｅａ ｅ 峰
有 效 值 即 均 方 根 值 。 振 幅 分 别 采 用 振 动 的 位 移 、速 度 或 加 速 度 加 以 描 述 、 度 量 ， 三 者
１３ ８
的轴 心 线 。
关 键 词 ：设 备 状 态监 测 与故 障诊 断 技 是分析振动原因的重要依据。 术；发展 ；优点 ；振动分析法；介 绍 设备状 态监测 与故 障诊断技 术是 一种 了 解 和掌握 设备在使 用过程 中 的状 态 ，确 定其 整体或 局部正常 或异常 ，早期 发现故 障及其 原因，并能预报故障发展趋势的技 术。 设备状 态监测 与故 障诊断技 术最初 形成 于英 国， 由于其 实用性 以及为 企业和 社会带 来的效 益， 日益 受到企 业和政府 的重 视 。特 别是近３ 年来 ，随着科 学技术 的不断进 步和 Ｏ 发展 ，尤 其是测试 技术 、计算机 技术 的迅速 发展和普 及 ，它 已逐步 形成 了一门较 为完整 的学 科 。 早 期 的设 备 维 修 体制 基本 上 是 事 后 维 修 ，即设 备发生故 障后再 进行检 修 。随着 流
生产建设
浅谈设备状态监测 与故障诊断技术
文／ 宫永健 张英菊 （ 奥的斯 电梯＜ 中国＞ 限公司石家庄分公司；河北新晶焦化有限责任 公司） 有
５ 、不在设备外 壳、保 护罩、轴承座剖分
测 点位 置 有 以 下 要求 ：
摘要 ：设备 状 态监 测与故 障诊 断技术是 可 以通过 微分或 积分进 行换算 。在振 动测量
析。
一
振动标 准从运 行角度 分 为设备使 用者 的 运行 管理标 准和 制造厂 的出厂 标准 。通 常后
者 比前 者 更 严 格 。
从故障 诊断 的角度还 可分 为绝对标准 、 相对 标准 两种 。绝 对标准 是指用 以判 断设备 状态 的振动 绝对数 值 ；相 对标准 是指设 备 自
检修 实际上 既不经济 又不合 理 ，最 大的 问题 行 状态信 息 ，它既包 含了转 子、轴承 、联轴 二者之 间的矛 盾。 因此，将预 防性定 期检修 态 的信息 ，又包 含 了诸 如转速 、流量 、进 出 率 的一 条重要 途径 ，也是现代 设备管 理的 需 息 ； 要。 第三 ，振动信 号易 于拾取 ，便于在 不影 设备 状态监测 与故 障诊断 常用 的方法有 振动分 析法 、油液分析 法 、轴 位移 的监测 、 法 等 。其 中 ，振动 分析法 是大机 组状态 监测 与故障诊 断所使用 的主 要方法 。本文 主要对 振动分析法进行介绍。 振动分析 法是对 设备所 产生 的机械 振动 （ 对大机 组来说 ，主要是 转子相 对于轴 承的 振 动 ）进 行信号采 集 、数 据处理 后 ，根 据振 幅 、频率 、相 位及相 关 图谱 所进行 的故 障分
响机 组运 行的情 况下实 行在线监 测和诊 断 。 采用 振动 分析法 ，可 以对 旋转机 械大部 分的 问题 、转 子弯 曲、轴 承工 作不 良、油膜 涡动 及油 膜振 荡、 子热不对 中 、动 静件摩擦 、 转 旋转 失速及 喘振 、转轴 的横 向裂 纹、机械 松 动、结构共振等等
准。
振动 分析 法是旋 转机械 故障 中运用最广 泛 、最有效 的方法 ，也是大 机组状 态监测 与
故障 诊断所 使用 的主要方法 ，是 由它的 自身 程 化工业 的推广 ，这 种落 后的管 理模式往 往 特 点 决 定 的 。 第 一 ，在 大型旋转 机械 的所有 故障 中， 会 造成 巨大 的经济 损失 ，因此又逐 步推行 定 期 检修 。随着对设 备故障 机理 的研 究和设 备 管理 水平 的提 高 ，人 们又逐 步认识 到 ，定 期 是 无 法解 决 “维修 不 足 ”和 “ 修 过 剩 ” 维 逐步过 渡到 “ 状态维 修 ”已经 成为提 高生产 振动故障出现的概率最高 ； 第二 ，振动 信号包 含 了丰 富的机械 及运 器 、基础 、管 线等机械 零部件 运行 中 自身状 口压力 以及温度 、油温 等影 响运 行状态 的信
二 、振 动分 析 法 的 特 点
４ 、容 易发 生人身安全事故的设备。 ５ 、发生故障后会产生二次公害的设备 。 ６ 、维修周期长或维修费用高的设备。 ７ 、没 有 备 份 的关 键 设 备 。 五 、设备振动的判断标准 从减 小振动 对设 备的危 害角度来 考虑 ， 设备 的振动值 越小越 好 。但 是 ，如 果为减 小 设备振 动花 费的代价 过高 ，便 失去 了实际意 义。 因此 ，在 实际应 用 中，人们通 过大量 的 工程实 例 ，根据 影 响设备振 动的主 要原因提 出了相应 的控制 方法 ，即建立 相应 的判断标
其他测点仍保持在理想位置。
盛 兆顺等． 设备状 态监 测与故障诊 断技术
及应用． 化学工业 出版社 ，２ ０ ０３
第三期 全 国设备 状 态监测 与故障诊 断 实 用技术培训 班培训资料． 中国设备管 理协会设 备管理专题交流 中心主办
的最大值 ；单峰 值是正 峰或 负峰的最 大值 ：
介绍。
数 ，单位 是赫兹 。频率是 振动特 性的标 志 ， 某种 振 动 频 率 可 能 和 多 种类 型 的故 障 有关 联 ，因此 ，振 动频率和 振动 故障 的对 应 关系 并不 是唯一 的。为 了得到正确 的诊 断结 论 ，需要对各种振动信 息进行综合分析 。
３ 相 位 ： 相 位 是 指 两 个振 动 要 素 在 时 间 、
般 选 在 机 器振 动 的敏 感 点及 刚 性 支承 点 越 大的作用 。 等 。测 点的数 量能反 映机器 的主要运 行状态
就行 。 测 点 的选 定 一 般 依 据 以下 原 则 ：
参考文献：
ห้องสมุดไป่ตู้
ｌ 、可以安全、重复 的采集数据 。
２ 、在轴承座 的水 平、垂直和轴 向三个正 交方 向上布置测点 。 ３ 、测 点尽 可能靠近轴承的承载区。 ４ 一 个 方 向因 故 偏 离 理 想位 置 并 不 影 响 、