机械故障诊断技术5_设备状态的判定

•4．3．5轴心轨迹的空间图像表示（三维全息图）图4—16的轴心轨迹图只表现了转轴的某个截面的轴心轨迹，若沿着转轴的全长，将各个测量截面的轴心轨迹图上同一时点连接起来，就构成了轴心轨迹的空间图像。由于这样作，需绘制的点、线很多。为了图像清晰，突出需观察的重点。因而将图分解为一阶轴线图（观察动不平衡的影响）、二阶轴线图（观察不对中的影响）…等。图形绘制的数学公式就是4．3．4节中的两个公式，分别取1阶项（或2阶项）来计算X、Y值。图4—17一阶轴线轨迹图第4章√4-1峭度指标对信号中的_______很敏感，正常情况下其值在______________左右，如果这个值接近4或超过4，则说明_______________。√4-2非周期信号分为___________和__________。√4-3周期信号频谱有哪些特征？4-4信号特征的时域提取方法包括哪些？4-5阐述周期信号频谱和非周期信号频谱的区别。√4-6信号x(t)=sin(2πt）是否为周期信号，若是周期信号，求其周期，并用公式求其平均和均方值。4-7什么是泄漏？为什么会产生泄漏？窗函数为什么能减少泄漏？4-8什么是窗函数？描述窗函数的各项频域指标能说明什么问题？4-9什么是栅栏效应？如何减少栅栏效应的影响？4-10时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊断系统中的作用分别是什么？4-11在观察频谱图作故障诊断分析时，应注意哪些要点？4-12如何绘制轴心轨迹曲线？√4-13测试信号中最高频率为100Hz，为了避免混叠，时域中的采样时间应如何选取？4-14矩形窗频谱图有什么特点？4-15为了减少谱泄漏，工程上采用哪两种措施？4-16采样定律的内容是什么？4-17频率细化分析的基本思想是什么？4-18轴心轨迹图通常应用在什么场合？如何绘制轴心轨迹图？第五章设备状态的判定与趋势分析5．1设备状态诊断标准•5．1．1振动诊断标准的判定参数设备振动诊断标准(或称判定标准)是通过振动测试与分析，用来评价设备技术状态的一种标准。在选好对象设备，决定测试方案之后，就要进行认真的测试。而对所测得的数值如何，判定它是正常值还是异常值或故障值，就需要依靠诊断标准的帮助。因此诊断标准的制订和应用是设备诊断工作中一项十分重要和必不可少的任务。理论证明；振动部件的疲劳是与振动速度成正比，而振动所产生的能量则是与振动速度的平方成正比，由于能量传递的结果造成了磨损和其他缺陷，因此，在振动诊断判定标准中，是以速度为判定参数比较适宜。对于大多数的机器设备，最佳参数是也速度，这也就是为什么有很多诊断标准，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采用该参数的原因。还有一些标准，根据设备的低、高频工作状态，分别选用振幅(位移)和加速度。•5．1．2状态判定标准的分类根据判定标准的制定方法的不同，通常将振动判定标准分为三类。1）绝对判定标准绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。由国家颁布的国家标准又称为法定标准，具有强制执行的法律效力。还有由行业协会颁布的标准，称为行业标准，国际标准化协会ISO颁布的国际标准。以及大企业集团联合体颁布的企业集团标准。这些标准都是绝对判定标准，其适用范围覆盖颁布机构所管辖的区域。国际标准、国家标准、行业标准、企业集团标准都是根据某类设备长期使用、观测、维修及测试后的经验总结，并规定了相应的测试方法。因此在使用这些标准时，必需按规定的适用范围和测定方法操作。目前应用较广泛的是：ISO2372《机器振动的评价标准基础》ISO3945《振动烈度的现场测定与评定》CDA/MS/NVSH107《轴承振动测量的判据》VDI2056《震动烈度判据》（德国标准）等2）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定基准，所以称为相对判定标准。3）类比判定标准相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数据的基础上。若某个设备运行时间不长、或没有建立长期测量数据的基础，在对设备进行状态判定时，可以采用类比判定标准。类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相互对比，来判定设备状态的方法。•5．1．3振动判定标准介绍根据判定标准的制定方法的不同，可将振动判定标准分为以下10类：旋转机械振动标准，金属切削机床振动标准，齿轮判定标准，滚动轴承判断标准，往复机械振动标准，多种机型混合的振动标准，行业设备判断标准，部分引进设备振动标准，类比判断标准，管道振动判断标准。1．旋转机械振动标准(1)旋转机械几个常用的绝对标准目前，旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准化组织颁布的ISO2372和ISO3945，德国标准VDI12056，英国标准BS4675，我国国家标准GB／T1l347一1989等。这些标准在数值级别上大同小异，但在各类诊断文献中常以各自的标准名称出现。（表5-1～表5-4）表5—1机械振动诊断标准（ISO2372和ISO3945）振动强度ISO2372ISO3945分级范围速度有效值mm/sⅠ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级刚性基础柔性基础0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA优优0.450.711.12B1.80B2.80CB良4.50CB良7.10DC可11.2DC可18D不可28D不可4571说明：1.ISO2372标准中，把诊断对象分为4个等级：Ⅰ级—小型机械，15kW以下电动机等；Ⅱ级—中型机械，15~75kW电动机等；Ⅲ级—刚性安装的大型机械（600~12000r/min）；Ⅳ级—柔性安装的大型机械（600～12000r/min）。2.A、B、C、D及优、良、可、不可代表对设备状态的评价等级。A-良好，B-允许，C-较差，D-不允许。3.采用ISO2372标准时，要考虑被诊断设备的功率大小、基础形式、转速范围等约束条件；采用ISO3945标准时，要考虑基础特性。4.标准ISO2372和ISO3945所采用的诊断参数均为速度有效值Vrms。支承基础（刚性和柔性）：柔性基础——机械行业标准中，规定当支承系统的一阶固有频率低于机组的主激振频率（指轴的转动频率）时，属于柔性基础。刚性基础——与柔性基础定义相反的。T.C.RATHBONE所制定的大型旋转机械振动标准（图5-1)该标准是国处应用得最早的振动判据之一，它是在长期经验积累的基础上制定的。使用该标准应注意以下几点：1）这是一个用坐标图形表达的振动标准，每根曲线划分为一个状态范围值。2）该标准主要考虑转速(r/min)因素。3）该标准对状态评价分六个级别：非常好、良好、容许、稍坏、坏、非常坏。4）诊断参数为最大位移（双峰）。（2）旋转机械相对标准表5—5旋转机械振动诊断的相对标准注：1．本标准的判断依据有二：(1)实际测量振动值与其初始值之比；(2)所测振动信号的频率范围。2．标准将设备状态的评判分为三个等级：良好、注意、危险。振动频率1234567低频振动（≤1000Hz）良好注意危险高频振动（1000Hz）良好注意危险实测值与初值之比（3）电动机振动标准电动机也属于旋转机械。它是一种原动机，为它制定了专用标准后，便于单机检测，有利于加强对电动机的维护管理。国际标准化组织制订的ISO32373标准和德国标准DIN45665，在内容上是相同的，故合并列于表5—6。表5—6ISO32373和DIN45665电动机振动标准注：1．本标准把电动机按其中心高度(H)分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大。2．电动机状态判别分为三个等级：正常、良好、特佳。3．本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。4．诊断参数为速度有效值(Vrms)。质量等级转速r/min电动机中心高H=80～400mm，允许最大Vrms(mm/s)S≤H≤132132H≤225225H≤400N（正常值）600～36001.82.84.5H（良好级）600～18000.711.121.81800～36001.121.82.8S（特佳级）600～18000.450.711.121800～36000.711.121.8(4)汽轮机及汽轮发电机组振动标准汽轮机也属于旋转机械的类型。表5一7为我国水电部于1959年颁布的《电力工业技术管理法规》，其中规定1500r／min、3000r／min和5000r／min之内的汽轮发电机组轴承的振动标准。表5一7水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值）注：1．本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。2．阈值的大小取决于汽轮机的转速，转速愈大，振动位移允许值愈小。3．状态评判分为三个等级：“优”、“良”、“合格”。4．诊断参数为位移峰峰值(即双振幅)。转速r/min标准（Dp-p/μm）优良合格150030以下50以下70以下300020以下30以下50以下≤300010以下30以下30以下表5—8为国际电工委员会(IEC)推荐的汽轮机振动标准注：1．本标准按转速将汽轮机分为五种类型，随转速增大：汽轮机允许振幅减小。2．表中分别列出两种测量方式的标准值，即：测量轴承与测轴，轴振动允许值约为轴承振动的2倍。3．测量参数为位移峰峰值。(5)离心鼓风机和压缩机振动标准表5—9为机电部关于《离心鼓风机和压缩机技术条件》中规定的轴承振动标准。表5—9离心鼓风机和压缩机技术振动标准注：1．本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为4个类型，转速越高，允许振动值越小。2．测点部位分两种型式：主轴轴承和齿轮箱轴承，后者振动值允差略高予前者。3．诊断参数为振动位移峰峰值(双幅)。标准（Dp-p|μm）转速（r/min）≤1000150030003600≥6000轴承上7550252112轴上（靠近轴承）150100504420标准（Dp-p|μm）转速（r/min）≤1000150030003600≥6000轴承上7550252112轴上（靠近轴承）1501005044202.金属切削机床振动标准金属切削机床大多数属于旋转机械，但作为工作母机，它与一般非加工机械有很大的差别。它的工作性质决定它要求有很高的运动精度，因此对振动水平的控制特别严格，比一般机械的振动标准要求高得多。3.齿轮判定标准由于齿轮的类型和大小不同，其判断标准也不相同。图5-2为国外的一种齿轮箱判断标准，这里只能算一个实例。1）本标准分两个频段确定差别参数及其阈值。测量频率在1000Hz以下，用速度作为诊断参数，且其标准值不随频率而变化；测量频率在1000Hz以上，用加速度作为诊断参数，且标准值随频率增大而减小。2）齿轮状态分为三个等级：良好、注意、危险。4.滚动轴承判断标准图5-3是国外某公司用于诊断滚动轴承的加速度标准。使用该标准的几点说明：1）应用该标准时，横坐标=转速X转轴轴颈直径；纵坐标=实测的轴承加速度。2）轴承状态分为三个等级：A（良）、B（注意）、C（危险）。3）测量参数采用加速度g。5.往复机械振动标准在工业生产中，应用最多的往复机械是往复空压机。目前用于往复机械振动诊断的标准较少，使用经验也不多，表5-11为一种。6.多种机型混合的振动标准（即综合型标准）表5-12是加拿大政府颁布的轴承振动速度判据。此标准包括12种机型24种规格的各类设备，其中主要是旋转机械（有多种机型），也有往复机械，下面把作为综合型标准列出，以利查询。7.行业设备判断标准国内有的部门也曾制定了本行业的设备判断标准。表5—13是化工行业制订的几种设备的振动标准。表5—13部分化工设备的振幅标准(测量参数为位移全振幅，峰峰值）序号设备类别设备转速r/min允许全振幅mm标准代号1活塞式压缩机①基础振动200200～4004000.250.150.10HGJ1018—792汽轮机0.02HGJ1019—793离心式压缩机0.015HGJ1020—794离心式冷冻机0.015HGJ1021—795螺杆式压缩机0.05HGJ1022—796离心式通(鼓)