第四講 狀態(tài)監(jiān)測與診斷基本知識2

1、第四講：監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)故障診斷的常用圖譜監(jiān)測與診斷技術(shù)基礎(chǔ)振動頻譜中包含機(jī)器零部件的機(jī)械狀態(tài)信息 ，振動診斷的任務(wù)從某種意義上講，就是讀譜圖，把頻譜上的每個頻譜分量與監(jiān)測的機(jī)器的零部件對照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋。狀態(tài)監(jiān)測常用圖譜n1波德圖n波德圖是反映機(jī)器振動幅值、相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線，見圖n圖形的橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)有兩個，一個是振幅的峰峰值，另一個是相位。n從波德圖上我們可以得到以下信息：n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)(Q=Amax)；一般小型機(jī)組Q在35甚至更小，而大型機(jī)組在57；超過上述數(shù)值，很可能是不安全的；n轉(zhuǎn)子的振型

2、；n系統(tǒng)的阻尼大??；n轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差的大??；n轉(zhuǎn)子是否發(fā)生了熱彎曲。n由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子的動平衡狀況和振動體的剛度、阻尼特性等動態(tài)數(shù)據(jù)2極坐標(biāo)圖 極坐標(biāo)圖是把振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來，見圖2。n圖中用一旋轉(zhuǎn)矢量的點代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點在各個轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑就代表了軸的徑向振幅，該點在極坐標(biāo)上的角度就是此時振動的相位角。這種極坐標(biāo)表示方法在作用上與波德圖相同，但它比波德圖更為直觀 3頻譜瀑布圖 用某一測點在啟停機(jī)（或正常運行中）時連續(xù)測得的一組頻譜圖按時間順序組成的三維譜圖就是頻譜瀑布圖，見圖3。圖中Z軸是時間軸相同階次頻率的譜線集和Z軸是平行的。

3、從圖中可以清楚地看出各種頻率的振幅隨時間是如何變化的。4極聯(lián)圖n極聯(lián)圖是在啟停機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時，不同轉(zhuǎn)速下得到的頻譜圖依次組成的三維譜圖。它的Z軸是轉(zhuǎn)速，工頻和各個倍頻及分頻的軸線在圖中是都以0點為原點相外發(fā)射的傾斜的直線。在分析振動與轉(zhuǎn)速有關(guān)的故障時是很直觀的。該圖常用來了解各轉(zhuǎn)速下振動頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動幅值、半速渦動或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過程等。 n5軸心位置圖n軸心位置圖用來顯示軸頸中心相對于軸承中心位置。這種圖形提供了轉(zhuǎn)子在軸承中穩(wěn)態(tài)位置變化的觀測方法，用以判別軸頸是否處于正常位置。n當(dāng)軸心位置超出一定范圍時，說明軸承處于不正常的工作狀態(tài)，從中可以判斷轉(zhuǎn)子的對中

4、好壞、軸承的標(biāo)高是否正常，軸瓦是否磨損或變形等等。如果軸心位置上移，則預(yù)示著轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的開始。通過對軸頸中心位置變化的監(jiān)測和分析，可以預(yù)測到某些故障的來臨，為故障的防治提供早期預(yù)報。n一般來說軸心位置的偏位角應(yīng)該在2050之間。n6軸心軌跡圖n軸心軌跡一般是指轉(zhuǎn)子上的軸心一點相對于軸承座在其與軸線垂直的平面內(nèi)的運動軌跡。通常，轉(zhuǎn)子振動信號中除了包含由不平衡引起的基頻振動分量之外，還存在由于油膜渦動、油膜振蕩、氣體激振、摩擦、不對中、嚙合等等原因引起的分?jǐn)?shù)諧波振動、亞異步振動、高次諧波振動等等各種復(fù)雜的振動分量，使得軸心軌跡的形狀表現(xiàn)出各種不同的特征，其形狀變得十分復(fù)雜，有時甚至是非常地混亂。7

5、振動趨勢圖n在機(jī)組運行時，可利用趨勢圖來顯示、記錄機(jī)器的通頻振動、各頻率分量的振動、相位或其它過程參數(shù)是如何隨時間變化的。 n這種圖形以不同長度的時間為橫坐標(biāo)，以振幅、相位或其它參數(shù)為縱坐標(biāo)。在分析機(jī)組振動隨時間、負(fù)荷、軸位移或其它工藝參數(shù)的變化時，這種圖給出的曲線十分直觀，對于運行管理人員來說，用它來監(jiān)視機(jī)組的運行狀況是非常有用的。8波形頻譜圖n在對振動信號進(jìn)行分析時，在時域波形圖上可以得到一些相關(guān)的信息，如振幅、周期（即頻率）、相位和波形的形狀及其變化。這些數(shù)據(jù)有助于對振動起因的分析及振動機(jī)理的研究。但由于從波形圖上不能直接得到我們所需要的精確數(shù)據(jù)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人用它來確定振動參數(shù)。但它

6、可以在實時監(jiān)測中作為示波器用來觀察振動的形態(tài)和變化。n我們知道，對于一個復(fù)雜的非諧和的周期性的振動信號，可以用傅立葉級數(shù)展開的方法得到一系列的頻率成分。對振動波形進(jìn)行FFT處理則得到振動的頻譜分布，即頻譜圖，該圖反映了振動的頻率結(jié)構(gòu)。 頻譜分析的示意圖 故障診斷的常用圖譜n5.1 常規(guī)圖譜（又稱穩(wěn)態(tài)圖，不含開停車信息）n5.1.1 機(jī)組總貌圖n顯示機(jī)組總貌，查看探頭的位置及位號。n5.1.2 單值棒圖n單值棒圖是以棒圖的形式顯示選定監(jiān)測分站選定機(jī)組鍵相的振動通道的實時n振動幅值n顯示實時振動值，并可知低報、高報警值及轉(zhuǎn)速。5.1.3 多值棒圖n多值棒圖是將選定監(jiān)測分站選定機(jī)組鍵相的各個振動通道

7、的總振值和各倍頻n幅值以及殘余量都用棒圖的形式表示出來。顯示實時通頻值及各主要振動分量的振動值，可大致了解機(jī)組運行是否正常。n通頻值通頻值即總振動值，為各頻率下振動分量相互迭加后的總和。n一倍頻又稱基頻、工頻，為轉(zhuǎn)子實際工作轉(zhuǎn)速的頻率，nf = n /60 Hz；轉(zhuǎn)子動不平衡、軸承工作不良、熱態(tài)對中不良等均會引起一倍頻增大，發(fā)生概率依次降低。n二倍頻二倍工頻，轉(zhuǎn)子熱態(tài)對中不良、裂紋、松動等都會引起二倍頻增大，主要是對中不良。n0.5倍頻0.5倍工頻，油膜失穩(wěn)會引起該頻率段增大，軸承工作不良（如間隙、緊力、接觸、搖擺、油檔等）也會引起該段頻率增大；旋轉(zhuǎn)失速（喘振的先兆）的頻率為(0.40.8)倍

8、工頻，也有可能。n可選頻段用戶根據(jù)機(jī)組的特點，自己定義的頻段。n殘余量剩余頻率成分振動分量的總和。該部分振值高時，轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦、氣流脈動等。n正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的多值棒圖通常是，一倍頻最大，二倍頻小于一倍頻的一半，0.5倍頻微量或無，殘余量不大。5.1.4 波形圖n時域頻譜波形圖譜 是用來查看選定監(jiān)測分站選定機(jī)組鍵相的選定振動通道的波形及頻譜。 n顯示通頻振動位移（總振值）與時間(周期)的關(guān)系，又稱幅值時域圖。在正常的狀態(tài)下，波形圖應(yīng)為較平滑的正弦波，且重復(fù)性好。na動不平衡時，在一個周期內(nèi)為典型的正弦波；nb對中不良時，在一個周期內(nèi)為波峰翻倍，波形光滑、穩(wěn)定、重復(fù)性好；nc摩擦?xí)r，波峰多，

9、波形毛糙、不穩(wěn)定、或有削波；nd自激振蕩（油膜渦動，旋轉(zhuǎn)脫離）時，波形雜亂、重復(fù)性差、波動性大。5.1.5 頻譜圖n波形及頻譜。顯示了在各振動分量的頻率及其振幅值。n橫坐標(biāo)可選擇“階比”或“頻率”，一般用階比。n各種頻率所對應(yīng)的故障可參照前面在多值棒圖中的介紹。n正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的頻譜圖通常是，一倍頻最大，二倍頻次之、約小于一倍頻的一半，三倍頻、四倍頻x倍頻逐步參差遞減，低頻（即小于一倍頻的成份）微量。n看圖譜不能就圖看圖，一定要與歷史和正常運轉(zhuǎn)下的頻譜圖相比較，查找那些頻率成份發(fā)生了變化，變化的倍率有多大。5.1.6 軸心軌跡圖n軸心軌跡圖是顯示選定機(jī)組、選定軸系、選定端面的軸心運動軌跡，包括

10、原始軌跡、各倍頻軌跡、提純軌跡（一、二、三倍頻軌跡的合成）以及平均軌跡（即n各個周期的原始軸心軌跡的平均）。同時可顯示不同軌跡類型下相應(yīng)的時域波形。n顯示轉(zhuǎn)子軸心相對于軸承座渦動運動的軌跡。n有原始、提純、平均、一倍頻、二倍頻等軸心軌跡，主要看提純。n在正常的情況下，軸心軌跡為一橢圓形。n若軸心軌跡的形狀、大小重復(fù)性好，則表明轉(zhuǎn)子是穩(wěn)定的。n對中不良時，為香蕉狀，嚴(yán)重時為8字形；n摩擦?xí)r，多處出現(xiàn)鋸齒尖角或小環(huán)；n瓦塊安裝間隙相互偏差較大時，會出現(xiàn)明顯的凸起狀。n油膜渦動時，大圈套小圈。 5.1.7 振動趨勢圖n振動趨勢圖是以趨勢圖的形式分別顯示選定監(jiān)測分站和選定機(jī)組 振動通道的趨勢數(shù)據(jù)或一段

11、時間的歷史數(shù)據(jù)或一組起停機(jī)數(shù)據(jù)。n從振動趨勢圖可以看到異常振動的起始時間、持續(xù)時間、終止時間，依此查看DCS，查找機(jī)組的運行參數(shù)有無發(fā)生重大變化，從而確定故障的真?zhèn)巍＿€可以通過選擇框，看到各探頭的間隙電壓趨勢，從而確定一次儀表本身有無故障。并且可以更清晰地看到工頻、二倍頻、0.5倍頻等主要頻率成份幅值變化的形態(tài)，從而進(jìn)行故障類型、程度、趨勢的診斷。n依次看各振動分量的趨勢圖，查找變化量最大的頻率成分，從而確定故障類型。例如，看一倍頻有無變化，能否回到原正常值，是否發(fā)生突變（含相位）。若不能回到原正常值，則為動不平衡；若突變，則為轉(zhuǎn)子損傷；若變化緩慢，則為轉(zhuǎn)子結(jié)垢（如催化劑粘結(jié)）。n看異常振動分

12、量的變化倍率，從而確定故障的程度，進(jìn)而確定是否停機(jī)。例如，對動不平衡，若超出正常值的一倍，應(yīng)引起重視，但仍可監(jiān)視運行；若超出2.5倍，或為繼續(xù)上升的趨勢，則應(yīng)盡快組織停機(jī)搶修。對伴有低頻分量引起的軸承工作不良，則應(yīng)根據(jù)波動的間隔時間、波動量的大小、能否回到原正常值作出判斷。5.1.8 過程振動趨勢圖n過程趨勢圖是以趨勢圖的形式顯示轉(zhuǎn)子軸位移及機(jī)組的過程參數(shù)與時間的關(guān)系。n機(jī)組的過程參數(shù)，如進(jìn)出口壓力、溫度及流量、油溫、瓦溫等，對故障診斷是有幫助的。n軸位移發(fā)生變化時應(yīng)該與轉(zhuǎn)子的軸向力（由進(jìn)、出口壓差、流量、分子量、是否帶液等決定）及推力軸承瓦溫綜合判斷。n5.1.9 極坐標(biāo)圖n各振動分量的幅值

13、及相位隨時間變化的統(tǒng)計結(jié)果，亦稱可接受區(qū)域圖。n散布集中、相位穩(wěn)定時，好；散布區(qū)域增大、相位改變時，應(yīng)引起重視。n振幅；Z軸時間或轉(zhuǎn)速間隔。 n5.1.10 軸心位置圖n在忽略振動的情況下，顯示軸心相對與軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。n可以看出軸承的偏位角、偏心距、最小油膜的厚度，從而判斷轉(zhuǎn)子運行是否平穩(wěn)。n5.1.11 全息譜圖n全面反映轉(zhuǎn)子在同一軸承處主要振動分量的振幅、相位、頻率信息。n全息譜圖實際上是將兩個相互垂直的同一階次頻率諧波合成后的軌跡圖集合在一起，對分析較疑難的故障作用更加明顯。n正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，全息譜圖中的軌跡為橢圓。若軌跡為正圓或接近為正圓，則表明兩個相互垂直方向上的振動幅值相同、相位差為90或幅值相近、相位差很接近90；若軌跡為斜直線或接近為斜直線，則表明兩方向振動相位相同或非常接近；若軌跡為水平線或垂直線，則表明水平或垂直方向上的振動分量要比另一方向大得多。n5.2 啟停機(jī)圖譜（又稱瞬態(tài)圖，僅分析啟停機(jī)過程中的狀況）n5.2.1 轉(zhuǎn)速時間圖n顯示開停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)速變化與時間的關(guān)系。n5.2.2 Nyquist 奈奎斯特圖n把開停機(jī)過程中振幅與相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系用極