機械故障診斷第5章 (2012-10-26)

機械故障診斷主講:劉貴杰2012年10月26日第5章設(shè)備狀態(tài)的判定與趨勢分析5.1設(shè)備狀態(tài)診斷標準5.1.1振動診斷標準的判定參數(shù)設(shè)備振動診斷標準(或稱判定標準)是通過振動測試與分析，用來評價設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的一種標準。在選好對象設(shè)備，決定測試方案之后，就要進行認真的測試。而對所測得的數(shù)值如何，判定它是正常值還是異常值或故障值，就需要依靠診斷標準的幫助。因此診斷標準的制訂和應(yīng)用是設(shè)備診斷工作中一項十分重要和必不可少的任務(wù)。

理論證明，振動部件的疲勞是與振動速度成正比，而振動所產(chǎn)生的能量則是與振動速度的平方成正比，由于能量傳遞的結(jié)果造成了磨損和其他缺陷，因此，在振動診斷判定標準中，是以速度為準比較適宜。對于大多數(shù)的機器設(shè)備，最佳參數(shù)是也速度，這也就是為什么有很多診斷標準，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采用該參數(shù)的原因，當然也還有一些標準，根據(jù)設(shè)備的低、高頻工作狀態(tài)，分別選用振幅(位移)和加速度。5.1.1振動診斷標準的判定參數(shù)根據(jù)判定標準的制定方法的不同，通常將振動判定標準分為三類。1）絕對判定標準絕對判定標準由某些權(quán)威機構(gòu)頒布實施。由國家頒布的國家標準又稱為法定標準，具有強制執(zhí)行的法律效力。還有由行業(yè)協(xié)會頒布的標準，稱為行業(yè)標準，國際標準化協(xié)會ISO頒布的國際標準。以及大企業(yè)集團聯(lián)合體頒布的企業(yè)集團標準。這些標準都是絕對判定標準，其適用范圍覆蓋頒布機構(gòu)所管轄的區(qū)域。5.1.2狀態(tài)判定標準的分類國際標準、國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)集團標準都是根據(jù)某類設(shè)備長期使用、觀測、維修及測試后的經(jīng)驗總結(jié)，并規(guī)定了相應(yīng)的測試方法。因此在使用這些標準時，必需按規(guī)定的適用范圍和測定方法操作。目前應(yīng)用較廣泛的是：ISO2372《機器振動的評價標準基礎(chǔ)》ISO3945《振動烈度的現(xiàn)場測定與評定》CDA/MS/NVSH107《軸承振動測量的判據(jù)》VDI2056《震動烈度判據(jù)》（德國標準）等5.1.2狀態(tài)判定標準的分類2）相對判定標準相對判定標準是對同一設(shè)備，在同一部位定期測試，按某個時刻的正常值作為判定基準，而根據(jù)實測值與基準值的倍數(shù)，進行設(shè)備狀態(tài)判定的方法。由于是基于設(shè)備自身某時刻的測量值作為判定基準，所以稱為相對判定標準。5.1.2狀態(tài)判定標準的分類3）類比判定標準相對判定標準是建立在長期對某一設(shè)備的測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。若某個設(shè)備運行時間不長、或沒有建立長期測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在對設(shè)備進行狀態(tài)判定時，可以采用類比判定標準。類比判定標準是對多臺同樣設(shè)備在相同條件下運行時，通過對各設(shè)備的同一部位的測量值進行相互對比，來判定設(shè)備狀態(tài)的方法。5.1.2狀態(tài)判定標準的分類1．旋轉(zhuǎn)機械振動標準(1)旋轉(zhuǎn)機械幾個常用的絕對標準

目前，旋轉(zhuǎn)機械常用的振動診斷標準有國際標準化組織頒布的ISO2372和ISO3945，德國標準VDI12056，英國標準BS4675，我國國家標準GB／T1l347一1989等。這些標準在數(shù)值級別上大同小異，但在各類診斷文獻中常以各自的標準名稱出現(xiàn)。5.1.3振動判定標準介紹振動強度ISO2372ISO3945分級范圍速度有效值mm/sⅠ級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級剛性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA優(yōu)優(yōu)0.450.711.12B1.80B2.80CB良4.50CB良7.10DC可11.2DC可18D不可28D不可4571

表5-1ISO2372和ISO3945機械振動診斷標準

表5—5旋轉(zhuǎn)機械振動診斷的相對標準注：1．本標準的判斷依據(jù)有二：(1)實際測量振動值與其初始值之比；(2)所測振動信號的頻率范圍。2．標準將設(shè)備狀態(tài)的評判分為三個等級：“良好…注意”、“危險”。振動頻率1234567低頻振動（≤1000Hz）良好注意危險高頻振動（>1000Hz）良好注意危險實測值與初值之

比（2）旋轉(zhuǎn)機械相對標準（3）電動機振動標準

電動機也屬于旋轉(zhuǎn)機械。它是一種原動機，為它制定了專用標準后，便于單機檢測，有利于加強對電動機的維護管理。國際標準化組織制訂的ISO32373標準和德國標準DIN45665，在內(nèi)容上是相同的，故合并列于表5-6。

表5—6ISO32373和DIN45665電動機振動標準注：1．本標準把電動機按其中心高度(H)分為三個類型，中心高度越大，振動閾值越大。2．電動機狀態(tài)判別分為三個等級：正常、良好、特佳。3．本標準是指電動機在空轉(zhuǎn)（不帶負荷）條件下的閾值。4．診斷參數(shù)為速度有效值(Vrms)。質(zhì)量等級轉(zhuǎn)速r/min電動機中心高H=80～400mm，允許最大Vrms(mm/s)S≤H≤132132<H≤225225<H≤400N（正常值）600～36001.82.84.5H（良好級）600～18000.711.121.81800～36001.121.82.8S（特佳級）600～18000.450.711.121800～36000.711.121.8(4)汽輪機及汽輪發(fā)電機組振動標準汽輪機也屬于旋轉(zhuǎn)機械的類型。表5一7為我國水電部于1959年頒布的《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》，其中規(guī)定1500r／min、3000r／min和5000r／min之內(nèi)的汽輪發(fā)電機組軸承的振動標準。

表5一7水電部汽輪發(fā)電機組振動標準（軸承雙振幅允許值）注：1．本標準規(guī)定測點位置在軸承處的垂直和水平方向。

2．閾值的大小取決于汽輪機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速愈大，振動位移允許值愈小。3．狀態(tài)評判分為三個等級：“優(yōu)”、“良”、“合格”。4．診斷參數(shù)為位移峰峰值(即雙振幅)。轉(zhuǎn)速r/min標準（Dp-p/μm）優(yōu)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為國際電工委員會(IEC)推薦的汽輪機振動標準注：1．本標準按轉(zhuǎn)速將汽輪機分為五種類型，隨轉(zhuǎn)速增大：汽輪機允許振幅減小。

2．表中分別列出兩種測量方式的標準值，即：測量軸承與測軸，軸振動允許值約為軸承振動的2倍。3．測量參數(shù)為位移峰峰值。

(5)離心鼓風機和壓縮機振動標準表5—9為機電部關(guān)于《離心鼓風機和壓縮機技術(shù)條件》中規(guī)定的軸承振動標準。表5—9離心鼓風機和壓縮機技術(shù)振動標準注：1．本標準按轉(zhuǎn)速將離心鼓風機和壓縮機分為4個類型，轉(zhuǎn)速越高，允許振動值越小。2．測點部位分兩種型式：主軸軸承和齒輪箱軸承，后者振動值允差略高予前者。3．診斷參數(shù)為振動位移峰峰值(雙幅)。標準（Dp-p|μm）轉(zhuǎn)速（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420標準（Dp-p|μm）轉(zhuǎn)速（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420(6)行業(yè)設(shè)備判斷標準國內(nèi)有的部門也曾制定了本行業(yè)的設(shè)備判斷標準。表5-13是化工行業(yè)制訂的幾種設(shè)備的振動標準。表5-13部分化工設(shè)備的振幅標準序號設(shè)備類別設(shè)備轉(zhuǎn)速r/min允許全振幅mm標準代號1活塞式壓縮機①基礎(chǔ)振動<200200～400>4000.250.150.10HGJ1018—792汽輪機0.02HGJ1019—793離心式壓縮機0.015HGJ1020—794離心式冷凍機0.015HGJ1021—795螺桿式壓縮機0.05HGJ1022—796離心式通(鼓)風機1000150020002500300040000.120.110.100.090.060.05HGJ1024—797軸流式通風機0.15HGJ1025—79(7)部分引進設(shè)備振動標準

表5-15日本制造廠為寶鋼引進設(shè)備提供的部分振動標準注：1．本表所列全部是風機的振動標準?？紤]的相關(guān)因素有：轉(zhuǎn)速、功率、測點位置及設(shè)備的作業(yè)地位等，這也是參考使用表中數(shù)據(jù)時應(yīng)當考慮的。2．判斷參數(shù)為位移峰峰值(Dp-p)。序號設(shè)備名稱測定位置功率KW轉(zhuǎn)速r/min振動標準Dp-pμm1高爐引風機軸48003000502燒結(jié)機主排風機軸承93001000283轉(zhuǎn)爐OG風機軸承3100600～1450804初軋均熱爐風機軸承3701426805焦化煤氣排送機軸承8307308306燒結(jié)余熱回收風機軸承570～1440337燒結(jié)冷卻機送風機軸承750538除塵風機軸承1.68mm/s當有數(shù)臺機型相同，規(guī)格一致的設(shè)備，在相同的條件下對它們進行同等測量時，一般按下列標準判斷：1）在低頻段(≤1000Hz)測量，其振動值大于其它大多數(shù)設(shè)備振動值的l倍以上時，判為異常；在高頻段(>1000Hz)實測振動值大于正常值的2倍以上時，判為異常。2）在低頻段測量，若其振動值大于其他設(shè)備的2倍以上；或高頻段的振動測值大于其他設(shè)備4倍以上時，一般判為故障嚴重，應(yīng)考慮停機修理。(8)類比判斷標準5.2設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢分析5.2.1狀態(tài)趨勢分析在故障監(jiān)測預警中的作用設(shè)備診斷的實質(zhì)就是設(shè)備運行狀態(tài)識別。在工業(yè)現(xiàn)場有兩類設(shè)備診斷模式都在應(yīng)用，一類是在線故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)，它依靠復雜的測試分析系統(tǒng)對重要設(shè)備進行24小時的連續(xù)監(jiān)測分析。另一種是采用便攜式儀器，對設(shè)備進行定期的巡檢，記錄所測定的參數(shù)，根據(jù)在時間歷程的數(shù)據(jù)進行故障判斷、劣化趨勢分析。這類模式稱為點巡檢制度。又稱定人員、定時間、定測點參數(shù)、定測點部位、定測量儀器的五定作業(yè)制度。這兩種設(shè)備診斷模式都在使用過程中產(chǎn)生大量的具有時間序列特征的數(shù)據(jù)，是設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢分析的基礎(chǔ)。趨勢分析屬于預測技術(shù)，對于設(shè)備劣化趨勢分析屬于設(shè)備趨勢管理的內(nèi)容，也是狀態(tài)預知維修與其他維修方式相比，所具有的顯著而獨特的方式，其目標是從過去和現(xiàn)在的已知情況出發(fā)，利用一定技術(shù)手段，去分析設(shè)備的正常、異常和故障三種狀態(tài)，推測故障的發(fā)展過程，有利維修決策和過程控制。設(shè)備劣化趨勢分析的作用有：l）檢查設(shè)備狀態(tài)是否處于控制范圍以內(nèi)；2）觀測設(shè)備狀態(tài)的變化趨向或現(xiàn)實狀況；3）預測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展到危險水平的時間；4）早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時采取對策；5）及時找出有問題的設(shè)備(提交精密診斷)。5.2設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢分析趨勢圖樣例

設(shè)備劣化趨勢分析的數(shù)據(jù)類型可以是狀態(tài)信號分析中的各項時域指標，也可以是頻譜分析中的某一特征頻率的振幅，或者是執(zhí)行點巡檢制度所獲得的記錄數(shù)據(jù)。圖5—5是時域指標的趨勢分析圖例。其中：最下面的趨勢曲線是有效值Vrms；中間的趨勢曲線是峰值指標；最上面的是劣化指標——峭度值β2。圖5—5時域指標的趨勢分析圖例繪制趨勢管理圖的步驟第1步

制作圖表格式首先要編制如圖5—6所示的表，在左上欄繪出設(shè)備簡圖，標明測點。設(shè)備的規(guī)格參數(shù)是診斷的重要依據(jù)，必須從實填寫。第2步

標明刻度低頻領(lǐng)域以振動速度表示，選擇合適的計量單位，如圖所示的范圍在0.01—10cm／s之間，每格為0.1cm/s。中頻領(lǐng)域Hd及高頻領(lǐng)域Hi以加速度g為計量單位。第3步

填入標準值把設(shè)備在正常狀態(tài)下的振值作為標準值

記入圖表。當無歷史數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)以確定標準值時，可用正常狀態(tài)下的振動平均值取代。第4步

填入判斷標準需填入報警(Caution)值Xc及危險(Danger)值Xd，當無歷史數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，可利用第3步中在正常狀態(tài)下測得的N個振值，首先計算出標準方差σ，然后再利用σ計算出報警值Xc及危險值Xd。以上報警值和危險值都必須記入圖中。第5步

按時間序列填寫測定值按規(guī)定的點檢測定周期，對被監(jiān)測的設(shè)備各規(guī)定測點進行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的測取，然后將測得的值按時間序列的先后填入表格，用曲線或折線將這些數(shù)據(jù)點連接起來，構(gòu)成了設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的趨勢曲線。繪制趨勢管理圖的步驟即便是趨勢管理圖中的總體測量值都是位于注意范圍之內(nèi)，也必須經(jīng)常注意有無任何特殊的趨勢。因為設(shè)備如在正常狀態(tài)下，其測點值是中間多兩端少，在標準線的上下均等，并且應(yīng)是隨機分布。因此，在采用了理論性的統(tǒng)計方法之后，對數(shù)據(jù)的不規(guī)則性的檢查很有必要，在現(xiàn)場如能對以下五項進行檢驗，將會取得好的效果。1）測點值的連接鏈是否夠