设备状态监测与故障诊断技术第6章-设备振动诊断实施方

2019/9/31第六章设备振动诊断实施方法学习目标：本章将详细介绍设备振动诊断策略和实施方法：熟知实施现场振动诊断的6个基本步骤；掌握振动诊断状态识别的基本方法；掌握设备劣化趋势分析的方法与应用；了解工厂设备振动诊断方案实践。2019/9/32第一节实施现场振动诊断的6个步骤在故障诊断日常工作中，诊断工程师主要采用人、机器、电脑、测振仪四位一体的方式，沿着“确定诊断范围──→了解诊断对象──→确定诊断方案（包括选择测点、频程、测量参数、仪器、传感器等）──→建立监测数据库（包括测点数据库、频率项数据库、报警数据库）──→设置巡检路线──→采集数据──→回放数据──→分析数据──→判断故障──→作出诊断决策──→择时检修──→检查验证”这条科学有效的途径开展工作。通观振动诊断的全过程，诊断步骤可概括为3个环节，即：准备工作、诊断实施、决策与验证。可归纳为如下6个步骤：2019/9/33稀有、昂贵、大型、精密、无备台的关键设备；连续化、快速化、自动化、流程化程度高的设备；一旦发生故障可能造成很大经济损失，或是环境污染，或是人身伤亡事故等影响的设备；故障率高的设备。此外，在确定诊断对象时，应尽可能多地覆盖各类设备，在每类设备中选定一至两台进行重点监测，以便取得关于该类设备的全部运行历程记录，并在生产实践中不断积累诊断经验，完善诊断策略，这样在遇到各类故障甚至是疑难杂症时都可能做到有的放矢。当然，对于机器设备的异常状态，应当适当增加监测内容（包括设备、测点、参数和频次）。一、确定、了解诊断对象第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/34在确定了诊断对象的范围后，在实施设备诊断之前，必须对每台诊断对象的各个方面有充分的认识了解，就像医生治病必须熟悉人体的构造一样。经验表明，诊断人员如果对设备没有足够充分的了解，甚至茫然无知，那么，即使是信号分析专家也是无能为力的。有很多企业的故障诊断从业人员在对本企业设备进行诊断时往往比信号分析专家更准确，就是因为他们做到了对现场设备了如指掌。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/35设备编号JZ设备名称资产原值/净值（万元）＿＿＿＿＿＿所属厂矿安装地点所占地位＿＿＿＿＿＿＿设备结构简图×滚动轴承=滑动轴承-‖-联轴器↓测点维修及故障情况安装日期年月日故障部位投产日期年月日故障特征大修周期年故障频率次/年上次大修日期年月日易损零件大修费用元/次修复工期天年维修费用元修复费用元维修单位停机损失元正常运行参数项目单位参数值传动工作部件部件名称型号及主要参数设备铭牌型号名称项目填表单位填表日期年月日填表人：表6-1监诊设备调查表（参考）注：字母JZ为监测与诊断的缩写代号。2019/9/36表6-2监诊设备参数表设备名称：设备位号：设备简图：驱动机器：齿轮箱被驱动机器：制造厂：制造厂：制造厂：出厂编号：出厂编号：出厂编号：转速（r/min）最低：最高：转速（r/min）输入转速：输出转速：转速（r/min）最低：最高：功率（KW）：功率（KW）：功率（KW）：轴承（自由端）型号：轴承（输入）：轴承（输出）：轴承（自由端）型号：轴承（联轴器端）型号：轴承（联轴器端）型号：齿轮齿数主动齿轮：从动齿轮：叶片数目动叶：静叶：备注：备注：备注：设备状态检修系统设备卡片2019/9/37对一台列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：1．设备的结构组成对设备的结构主要掌握两点：⑴搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机（大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机的，一般称辅机）、工作机（也称主机）和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。⑵必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上标明，或另予说明。具体地说，必需的数据包括：第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/38[1]功率；[2]转速；[3]轴承制造厂及型号，它的安装位置（尤其是滚动轴承）；[4]风机或泵等流体机械的转子叶片数目及导流叶片数目（或称静止叶片）（如果是多级流体机械转子，应该尽可能收集每级的数据）；[5]齿轮箱数据包括每级齿轮的齿数，多级传动的传动关系数据及它们的支承轴承数据，输入或输出转速；[6]皮带传动应该包括皮带轮直径及转速；[7]交流感应电动机，应该包括电机的极对数（P），转子条数目，转速；[8]同步电机，应该包括定子线圈数目（定子线圈数目=极数目×线圈数目/每极）；[9]直流电机，应该包括全波整流还是半波整流（如果是可控硅整流器整流的话）；[10]联轴器型式；[11]如果设备本身有振动允许值的要求，例如制造厂的指标，请列出具体数值（应该尽可能指明使用的振动单位，有效值还是峰值或峰峰值）。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/39图6-1某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机的总体布置及测点位置示意图图6-2齿轮箱结构示意及相关数据直流电动机MOTOR减速齿轮箱GEARBOX螺杆机SCREW1200千瓦1200转/分SKF6234C3某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机的总体布置及测点位置示意图M1HM1VM1AS5HS5VS5AG3HG3VG3AG33HG33VG33AG44HG44VG44AS6HS6VS6AG4HG4VG4A输入端电动机侧输出端螺杆侧Z1Z0中间轴Z2Z3Z4Z5Fm3=Z4N1=Z5N3Fm1=Z0N0=Z1N1Fm2=Z2N1=Z3N3SKF22324SKF22320SKF22324SKF24124FAG6022C3SKF22326SKF22320SKF23124INASL024926N0=1200RPM,Z0=25,Z1=88,Z2=74,Z3=56,Z4=37,Z5=28减速齿轮箱N0N1N2N3第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/3102．机器的工作原理和运行特性⑴各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；⑵机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；⑶转子运行速度：低速（600r/min），中速（600～6000r/min）还是高速（6000r/min）；匀速还是变速；⑷机器平时正常运行时及振动测量时的工况参数值。3．机器的工作条件⑴载荷性质：均载、变载还是冲击负荷；⑵工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气（液）体。⑶周围环境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源、热源、粉尘等。4．设备基础形式及状况：刚性or弹性。5．主要技术档案资料：主要设计参数等。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/311二、确定诊断方案1．选择测点对振动反应敏感：靠近振源、直线传播；信息丰富：信号比较集中；适应诊断目的：哪里故障；适于安置传感器：足够空间、刚度；符合安全操作要求：设备、人身安全。图6-3测点的三个测量方向H—水平方向V—垂直方向A—轴向第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/312在通常情况下，轴承是监测振动最理想的部位。此外，设备的地脚、基础、机壳、缸体、进出口管道、阀门等部位，也是测振的常设测点。每个测点一般有三个测量方位，即水平（H—Horizontal），垂直（V—Vertical）和轴向（A—Axial），如图6-3所示。水平方向和垂直方向的振动反映径向振动，测量方向垂直于轴线；轴向振动的方向与轴线重合或平行。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/313选择测量点在状态监测工作中，应尽量在三个方向上进行测量，至少在工作的初期应该如此。低频振动常常具有方向性（如不平衡在水平方向上，不同轴在轴向上，松动在垂直方向上比较容易发生）。测定点一经确定之后，就要经常在同一点进行测定。这要求在测定点上作出记号（如使用油漆或用钢针打出定位孔）。尤其对于环境条件差的场合，这一点更加重要，在测高频振动时，曾经出现过测定点偏移几毫米后，测定值相差6倍的情况。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/3142．预估频率和振幅⑴根据长期积累的现场诊断经验，对种类常见多发故障的振动特征频率和振幅作一个基本估计。⑵根据设备的结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。⑶利用便携式振动测量仪，在正式测量前进行分区多点搜索测试，发现一些振动烈度较大的部位，再通过改变测量频段和测量参数进行多次测量，也可以大致确定其敏感频段和幅值范围。⑷广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的幅值大小。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/3153．确定测量参数人们在诊断实践中总结出一条普遍性原则，即根据诊断对象振动信号的频率特征来选择诊断参数。低频振动（10Hz）采用位移，涡流式传感器；中频振动（10～1000Hz）采用速度，磁电式传感器；高频振动（1000Hz）采用加速度，压电式传感器；对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度。此外，在诊断滚动轴承故障时，常采用g/SE作为诊断参数。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/3164．选择诊断仪器⑴仪器的频率范围要足够宽，要求能记下信号内所有重要的频率成分，一般在5～10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息；而对于转速极低的机器来说，低频成分则更加重要，建议选用超低频传感器。⑵要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示（或记录）精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪表的动态范围。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/3175．选择与安装传感器由转子交变力激起的轴承的振动称为绝对振动，又叫瓦振；在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为相对振动，又叫轴振。在现场实行简易振动诊断主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。图6-4两种测量方式：绝对振动与相对振动第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/318传感器常用安装方法及特点安装方法及可用频率范围(+/-3可分贝极限)优点缺点钢探杆：1—1000Hz铝探杆：1—700Hz附着快速手持频率范围有限注意手持方法磁座：1—2000Hz附着快速手持频率范围有限机器上须有铁磁性表面该表面必须干净螺纹连接:1—10000Hz可用频率范围宽测量重现性最佳需有螺孔接头费时间磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法6．做好其他相关事项的准备充电、模拟测试、记录表格等，“万事俱备”。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/319三、进行振动测量与信号分析1．两种测量系统⑴模拟式测振仪所构成的测量系统⑵以数据采集器为代表的数字式测振仪器所构成的振动诊断测量系统2．振动测量与信号分析：三个方向水平H、垂直V、轴向A。3．数据记录整理除了记录仪器显示的参数外，还要记下与测量分析有关的其他内容，如环境温度、电源参数、仪器型号、仪器的通道数（数采器有单通道、双通道之分），以及测量时设备运行的工况参数（如负荷、转速、进出口压力、轴承温度、声音、润滑等）。如果不及时记录，以后无法补测，将严重影响分析判断的准确性。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/320四、实施状态判别根据测量数据和信号分析所得到的信息，对设备状态作出判别。首先判断它是否正常，然后对存在异常的设备作进一步分析，指出故障的原因、部位和程度。对那些不能用简易诊断解决的疑难故障，须动用精密手段去加以确诊。五、作出诊断决策通过测量分析、状态识别等几个程序，弄清了设备的实际状态，为处理决策创造了条件。这时应当提出处理意见：或是继续运行，或是停机修理。对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。第一节实施现场振动诊断的6个步骤2019/9/321六、检查验证设备诊断的全过程并不是到作出结论就算结束了，最后还有重要一步，必须检查验证诊断结论及处理决策的结果。诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，如果有条件的话，最好亲临现场察看，检查