故障診斷概述

1、設(shè)備故障診斷概述 朱揚(yáng)美 上海華陽(yáng)檢測(cè)儀器有限公司上海華陽(yáng)檢測(cè)儀器有限公司一一 設(shè)備故障診斷技術(shù)的概況設(shè)備故障診斷技術(shù)的概況1、設(shè)備故障診斷技術(shù)定義：設(shè)備故障診斷技術(shù)定義：1-1定義定義：是一種了解和掌握設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)（設(shè)備基本不拆卸、不解體情況），采用一定的檢測(cè)手段，根據(jù)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累確定其整體或局部是正?；虍惓?，能早期發(fā)現(xiàn)故障及原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。 1-2什么是故障什么是故障？指設(shè)備不能完成其所規(guī)定的功能。“故障”，是能夠修復(fù)的。“失效”，是不能修復(fù)的。對(duì)于“失效”只能更換。 2 2、 信息通常包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)信息通常包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)a. 數(shù)據(jù)采集：主要包括前端數(shù)據(jù)采

2、集：主要包括前端傳感器傳感器對(duì)所需的各種物理量采集(轉(zhuǎn)換成電信號(hào))。b. 信號(hào)調(diào)理（數(shù)據(jù)處理）：主要包括對(duì)模擬的信號(hào)調(diào)理（數(shù)據(jù)處理）：主要包括對(duì)模擬的連續(xù)信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理連續(xù)信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。把連續(xù)信號(hào)離散為數(shù)字信號(hào)叫采樣，量化是將把連續(xù)信號(hào)離散為數(shù)字信號(hào)叫采樣，量化是將取樣值取樣值x(tn)變?yōu)閿?shù)字編碼。采樣定理：變?yōu)閿?shù)字編碼。采樣定理：fs=2.56fm。c. 狀態(tài)識(shí)別、判斷和預(yù)報(bào)：根據(jù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和頻譜狀態(tài)識(shí)別、判斷和預(yù)報(bào)：根據(jù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和頻譜圖及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷設(shè)備故障原因或部位。圖及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷設(shè)備故障原因或部位。3、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的區(qū)別設(shè)備狀

3、態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的區(qū)別 a、狀態(tài)監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常指通過(guò)測(cè)定設(shè)備的某個(gè)較為單一的特征參數(shù)（如振動(dòng)、溫度等）來(lái)檢查其狀態(tài)是正常或異常。它又稱(chēng)為簡(jiǎn)易診斷。 b、故障診斷故障診斷則不僅要檢查設(shè)備是否正常，還要對(duì)設(shè)備故障的原因，部位以及嚴(yán)重程度進(jìn)行深入分析，并做出判斷，故它又稱(chēng)為精密診斷。儀器價(jià)格相對(duì)比較貴，便攜式的數(shù)采，對(duì)人員素質(zhì)要求比較高（懂計(jì)算機(jī)、頻譜分析技術(shù)等），屬正在發(fā)展中的技術(shù)。c、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷兩者關(guān)系：狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷兩者關(guān)系： 簡(jiǎn)易診斷與設(shè)備點(diǎn)檢制相結(jié)合，可以收到相得益彰的效果。 精密診斷可以對(duì)設(shè)備異常作更進(jìn)一步分析和判斷找到故障源。目前華陽(yáng)HY106C、HY108就有此基本功能

4、，且操作簡(jiǎn)單、軟件系統(tǒng)為中文版。 3、設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展 a、 國(guó)外：美國(guó)是最早開(kāi)發(fā)設(shè)備診斷技術(shù)的國(guó)家。1967年美國(guó)宇航局，海軍研究室聯(lián)合召開(kāi)了機(jī)械故障預(yù)防小組成立大會(huì)，。日本在70年代初，由設(shè)備工程師協(xié)會(huì)開(kāi)始發(fā)展自己的TPM（全員生產(chǎn)維修）主要應(yīng)用于冶金 化工、鐵路等部門(mén)而且發(fā)展很快。日本的新日鐵不但有較高的設(shè)備診斷技術(shù)研究成果，而且還研制了專(zhuān)用診斷儀器作為商品出售。 b、 80年代初我國(guó)部分企業(yè)從初步認(rèn)識(shí)到實(shí)踐階段，85年原國(guó)家經(jīng)委委托中設(shè)協(xié)在上海石化總廠召開(kāi)設(shè)備診斷技術(shù)應(yīng)用推廣會(huì)。交流經(jīng)驗(yàn)和論著。 c、 行業(yè)概況，主要是一些流程工業(yè)如石化、冶金、電力、鐵路等部門(mén)這方

5、面工作有了較快的發(fā)展。二二 介紹企業(yè)設(shè)備點(diǎn)檢、維修情況介紹企業(yè)設(shè)備點(diǎn)檢、維修情況 1、 冶金行業(yè)開(kāi)展設(shè)備點(diǎn)檢、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷的工作概況。以現(xiàn)代化企業(yè)、設(shè)備、體制運(yùn)作的維修方式。 2、 石化行業(yè)開(kāi)展設(shè)備點(diǎn)檢、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷工作概況，先進(jìn)的維修方式 -精確維修。三三 企業(yè)如何開(kāi)展故障診斷工作企業(yè)如何開(kāi)展故障診斷工作 1、 特征：隨著現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，如：大型化、高速化、連續(xù)化、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化等，而采用的維修制度還是比較落后的話，這樣就會(huì)大大地阻礙企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)此，我們認(rèn)為提高企業(yè)的設(shè)備管理與維修水平，來(lái)滿(mǎn)足先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展是必然的趨勢(shì)。 2、維修體制發(fā)展情況： a、早期采用的是

6、“事后維修方式” ，但對(duì)于大型關(guān)鍵設(shè)備等用此方式維修，將會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。 b、中期采用的是“預(yù)防維修方式”，其優(yōu)點(diǎn)：可以減少故障發(fā)生機(jī)會(huì)，缺點(diǎn)：維修過(guò)?；蚓S修不足。 c、近期采用的是“狀態(tài)維修方式”80年代至今。以動(dòng)態(tài)的設(shè)備管理方式來(lái)解決動(dòng)態(tài)的設(shè)備問(wèn)題（故障）。優(yōu)點(diǎn)：克服維修不足或維修過(guò)剩，維修費(fèi)用低，主要適用關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備或維修費(fèi)用較高的設(shè)備。 3、設(shè)備狀態(tài)維修的區(qū)別： a、關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備（A）指大型、高速、檢修費(fèi)用昂貴，在線、連續(xù)檢測(cè)（投入費(fèi)用較大）。 b、重要生產(chǎn)設(shè)備（B）采用離線監(jiān)測(cè)，配置簡(jiǎn)易或精密檢測(cè)儀器，定期采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 c、一般生產(chǎn)設(shè)備（C）采用離線簡(jiǎn)易檢測(cè)儀器，定一個(gè)標(biāo)

7、準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行評(píng)判。探討現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)檢測(cè)的一些方法探討現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)檢測(cè)的一些方法 一、一、 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的目的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的目的 通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)管理，在積累振動(dòng)數(shù)據(jù)和頻譜圖的基礎(chǔ)上，參照相應(yīng)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備正常狀態(tài)下的頻譜圖，從而找到故障源找到故障源。首先從振動(dòng)總量上看其運(yùn)行狀態(tài)是正常或異常，然后再對(duì)異常信息作頻譜分析，分析目的是想了解設(shè)備異常部位或產(chǎn)生原因。提提高設(shè)備管理水平和長(zhǎng)周期安全運(yùn)行能力高設(shè)備管理水平和長(zhǎng)周期安全運(yùn)行能力 依據(jù)設(shè)備運(yùn)行的“浴盆曲線”，找出拐點(diǎn)及設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)。（如早修理，過(guò)剩維修；如晚修理，不足維修）。 二、二、 振動(dòng)測(cè)

8、量基本特征參量的描述振動(dòng)測(cè)量基本特征參量的描述 振動(dòng)振動(dòng)是指物體在平衡位置上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。簡(jiǎn)諧振動(dòng)，如一個(gè)單擺或一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。 1、振幅振幅：是指振動(dòng)物體偏離靜平衡位置的最大距離。工程上常稱(chēng)為振動(dòng)峰值，一般用A表示其振動(dòng)強(qiáng)度。 2、頻率頻率：是指振動(dòng)物體往復(fù)一次所需的時(shí)間T稱(chēng)為周期，單位（s）秒。而振動(dòng)物體在一秒鐘往復(fù)的次數(shù)稱(chēng)為頻率。用f 表示，單位：Hz。周期與頻率關(guān)系互為倒數(shù)f=1/T。有時(shí)也用角頻率來(lái)表示。 =2/T=2f 。 3、初始相位角初始相位角：是指某一振動(dòng)頻率成分的初始點(diǎn)偏離平衡位置的相位，一般用表示。相位分析在故障診斷技術(shù)中越來(lái)越受到人們重視。因不同振源都會(huì)有各自的相

9、位，相同的相位可能會(huì)引起合拍共振，產(chǎn)生嚴(yán)重后果；如相位相反可能會(huì)引起抵消，起到減振作用。三、振幅的表示方法三、振幅的表示方法 1、峰值：峰值：（單峰值、雙峰值）表示波的最大位移。 2、平均值平均值：從數(shù)學(xué)關(guān)系上看對(duì)波形的絕對(duì)平均（一般不用它）只是對(duì)時(shí)間積分，沒(méi)什么物理意義。 3、有效值有效值：均方根值、RMS。它是對(duì)幅值的最適當(dāng)?shù)亩攘?。它既考慮了波形的時(shí)間歷程又給出了與能量直接有關(guān)的量值，同時(shí)也代表了振動(dòng)的破壞能力，通常稱(chēng)為“振動(dòng)烈度”。常用于振動(dòng)速度或加速度值。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)說(shuō)，峰值A(chǔ)與其關(guān)系為：平均值=0.637A、有效值=0.707A。一些國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)也常采用速度有效值來(lái)表示。振動(dòng)信號(hào)圖

10、形振動(dòng)信號(hào)圖形四、振動(dòng)參數(shù)選擇四、振動(dòng)參數(shù)選擇 振動(dòng)參數(shù)常用的有加速度、速度、位移，三者經(jīng)積分轉(zhuǎn)換。一般情況，對(duì)低頻振動(dòng)用位移（小于100Hz）；高頻振動(dòng)用加速度（大于1KHz）；中頻振動(dòng)用速度（101KHz）度量。機(jī)器內(nèi)部損傷還未影響到機(jī)器實(shí)際工作能力前，高頻分量就包含了缺損信息。當(dāng)內(nèi)部缺損發(fā)展較大時(shí)，才從低頻信息上反映出來(lái)，因此、預(yù)測(cè)機(jī)器是否損壞，高頻信息非常重要。 單位：位移： um；速度：mm/s；加速度：m/s2或g，1g=9.8m/s 2對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)而言，d、v、a均為同頻的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，若以振動(dòng)位移d相位相位為參考基準(zhǔn)，v超前d(/20，a超前d()。五、五、 設(shè)備測(cè)點(diǎn)布置設(shè)備測(cè)點(diǎn)布置

11、 1、測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇振動(dòng)信號(hào)傳遞的通道上而且路線最短捷的位置，盡量減少中間界面（近軸端）。 2、應(yīng)選信號(hào)反應(yīng)比較敏感部位做測(cè)點(diǎn)。如軸承座、機(jī)座，一般為典型測(cè)點(diǎn)。 3、測(cè)點(diǎn)一旦選定，應(yīng)做好定位標(biāo)記。 4、一般都要選定三個(gè)方向來(lái)評(píng)定振動(dòng)，特別對(duì)低頻振動(dòng)，更要強(qiáng)調(diào)其方向性（高頻振動(dòng)對(duì)方向不敏感）；通常：H-平衡，V-松動(dòng)，A-對(duì)中。 5、對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備，應(yīng)比較全面規(guī)劃布置測(cè)點(diǎn)，多參數(shù)測(cè)振，合理選用a、v、d。 6、了解、掌握設(shè)備本身的技術(shù)狀況，結(jié)構(gòu)原理等歷史資料，對(duì)分析、判斷故障有參考價(jià)值。vHAV 垂直垂直A 軸向軸向H 水平水平推薦布點(diǎn)順序推薦布點(diǎn)順序六、測(cè)試工況的選擇六、測(cè)試工況的選擇 設(shè)備運(yùn)行

12、有不同工況，輕載與重載、快速與慢速、高壓與低壓、啟動(dòng)與制動(dòng)等。在不同的工況條件下機(jī)器的振動(dòng)是不一樣的，其振動(dòng)測(cè)量結(jié)果也會(huì)不同。通常在給機(jī)器作定期狀態(tài)通常在給機(jī)器作定期狀態(tài)監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)分析時(shí)，我們一般選擇機(jī)器的監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)分析時(shí)，我們一般選擇機(jī)器的，即機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)的工況為振動(dòng)測(cè)量，即機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)的工況為振動(dòng)測(cè)量工況。工況。若要給機(jī)器作故障診斷，在現(xiàn)場(chǎng)條件許可下，我們一般選擇能暴露機(jī)器故障的工況，作為振動(dòng)測(cè)量工況，因?yàn)檫@時(shí)記錄下來(lái)包含有故障信息的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)以后的頻譜分析會(huì)有幫助。 七、測(cè)試周期選擇七、測(cè)試周期選擇：測(cè)試周期應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具體運(yùn)行狀況來(lái)測(cè)試周期應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具體運(yùn)行狀況來(lái)具體確

13、定具體確定。正確了解機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)機(jī)器的故障。測(cè)試周期無(wú)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榧词故峭?lèi)設(shè)備，在不同現(xiàn)場(chǎng)，由于使用條件的不同，其狀況變化也會(huì)不一樣。請(qǐng)注意： 1、測(cè)試周期T必須與機(jī)器的運(yùn)行狀況同步，以設(shè)備運(yùn)行壽命浴盆曲線可知：穩(wěn)定時(shí),T長(zhǎng)些；劣化時(shí),T短。 2、必須對(duì)機(jī)器的劣化速度進(jìn)行充分研究，根據(jù)tg的變化，可以清晰反映機(jī)器劣化速度，從而調(diào)整相應(yīng)測(cè)試周期。 3、對(duì)于一般轉(zhuǎn)速，劣化過(guò)程發(fā)展緩慢的設(shè)備，采用周期測(cè)試。八、頻帶的設(shè)置八、頻帶的設(shè)置：應(yīng)保證機(jī)器振動(dòng)的所有特征頻率信號(hào)都能記錄下來(lái)，請(qǐng)注意二點(diǎn)： 1 必須通過(guò)計(jì)算，了解被測(cè)設(shè)備的特征頻率，包括轉(zhuǎn)頻、倍頻，以及發(fā)生故障時(shí)的特征頻率、

14、葉頻、齒輪嚙合頻率、滾動(dòng)軸承固有頻率等。 2 合理選擇傳感器和檢測(cè)儀器，注意它們的頻響范圍是否與被測(cè)機(jī)器特征頻率相匹配。 九、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)： 1、應(yīng)保證測(cè)點(diǎn)與機(jī)器不產(chǎn)生共振，同時(shí)儀器的傳感器兩端連接要可靠。 2、傳感器連接方式有剛性螺栓，雙頭螺栓連接，絕緣螺栓連接，粘接，磁吸座等。 3、對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)器，通常應(yīng)在機(jī)器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行條件下檢測(cè)。 4、應(yīng)考慮有無(wú)背景振動(dòng)等其它影響。 5、應(yīng)考慮有無(wú)電場(chǎng)或磁場(chǎng)影響，如有應(yīng)對(duì)傳感器予以屏蔽、接地、或重新布置測(cè)點(diǎn)。十、如何看振動(dòng)波形及頻譜如何看振動(dòng)波形及頻譜 一幅通過(guò)準(zhǔn)確采集后得到的振動(dòng)波形及頻譜，才是有分析價(jià)值的，具體是：

15、1、在了解設(shè)備技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)后，先進(jìn)行頻率計(jì)算，如，機(jī)器的工作頻率、齒輪的嚙合頻率，風(fēng)機(jī)、水泵的葉輪頻率，滾動(dòng)軸承的元件故障特征頻率等，已備后用。 2、解讀： a、讀頻率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，找出譜圖上相對(duì)應(yīng)的機(jī)器設(shè)備轉(zhuǎn)頻、倍頻、特征頻率（如有誤差，與分辨率有關(guān)）。 b、看幅值，讀上述這些單一頻率幅值及整個(gè)測(cè)量頻帶范圍內(nèi)振動(dòng)總量值，可列表對(duì)照。 c、頻譜圖上的故障識(shí)別，定性定量分析，了解振動(dòng)量上升的變化率及最大值是否接近允許值。不不 平平 衡衡不不 對(duì)對(duì) 中中轉(zhuǎn)子碰磨的時(shí)域，頻域圖形 整個(gè)機(jī)械振動(dòng)能量水平 轉(zhuǎn)子不平衡的典型頻譜 角度不對(duì)中的典型頻譜角度不對(duì)中的典型頻譜 平行度不對(duì)中的典型頻譜平行度不

16、對(duì)中的典型頻譜 轉(zhuǎn)軸彎曲的典型頻譜轉(zhuǎn)軸彎曲的典型頻譜 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的診斷轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的診斷 軸承部件松動(dòng)時(shí)的頻譜 滾動(dòng)軸承故障頻率階次圖滾動(dòng)軸承故障頻率階次圖 軸承疲勞時(shí)的加速度頻譜軸承疲勞時(shí)的加速度頻譜 a正常軸承；b外圈疲勞；c鋼球疲勞；d內(nèi)圈疲勞十一十一 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) a、絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)、絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)：“”（通用的振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)振動(dòng)速度的有效值，單位：mms，測(cè)量范圍是zz，），判斷結(jié)果為：良好允許較差不允許。這一判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定了正確測(cè)試方法后，必須掌握標(biāo)準(zhǔn)適用頻率范圍時(shí)，此方法才能選用。對(duì)于高頻振動(dòng)，由于測(cè)定條件復(fù)雜，以及精度問(wèn)題等原因，采用高頻振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)較少。 b、相對(duì)判斷標(biāo)

17、準(zhǔn)、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)同一設(shè)備的同一部位定期測(cè)定，按時(shí)間先后進(jìn)行比較，將設(shè)備正常時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)作為基正常時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)值準(zhǔn)值。當(dāng)實(shí)測(cè)值達(dá)到基準(zhǔn)值的某一倍數(shù)時(shí)作為報(bào)警值。此時(shí)需加強(qiáng)監(jiān)視或停機(jī)檢修。 振動(dòng)速度有效值（mm/s）ISO2372ISO3945第一類(lèi)第二類(lèi)第三類(lèi)第四類(lèi)剛性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)0.28AAAAAA0.450.711.12B1.8B2.8CBB4.5CBB7.1DCC11.2DCC18DD28DD4571振振 動(dòng)動(dòng) 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 通常通常： 中低頻中低頻 1KHz， a) 實(shí)測(cè)值=1.52倍基準(zhǔn)值為注意區(qū)域。 b) 實(shí)測(cè)值=4倍基準(zhǔn)值為異常區(qū)域。 高高 頻頻 1KHz， a) 實(shí)測(cè)值=3倍基準(zhǔn)值為注意區(qū)域。 b) 實(shí)測(cè)值=6倍基準(zhǔn)值為異常區(qū)域。 相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)是起參考作用，對(duì)于具體設(shè)備而言，究竟振動(dòng)增大為原來(lái)幾倍時(shí)機(jī)器會(huì)損壞，也是不一樣的。最好辦法是對(duì)每臺(tái)設(shè)備建有自己的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)更實(shí)際、更可靠。 c、類(lèi)比判斷標(biāo)準(zhǔn)：、類(lèi)比判斷標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)數(shù)臺(tái)設(shè)備，按相同運(yùn)行條件和基準(zhǔn)，在相同部位用同一臺(tái)儀器進(jìn)行測(cè)定。如振動(dòng)明顯大