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设备故障诊断技术讲座 连载：第二讲 机械设备状态的振动诊断
优质期刊推荐振动测量与设备故障诊断
;一、 概述;机械故障诊断学是一门近二十年内发展起来的新学科,是现代化设备维修技术的重要组成部分,并且正在日益成为设备维修管理工作现代化的一个重要标志.此项技术的应用主要是对确保机械设备的安全,提高产品质量,节约维修费用以及防止环境污染起着很重要的作用.在机械故障设备的的状态监测和故障诊断技术中有多种方法可使用.例如振动监测技术、油液分析技术、红外测温技术、声发射技术、无损检测技术等.其中振动监测技术是普遍采用的基本方法,因为振动的理论和测量方法都比较成熟,且简单易行.另外,据统计,机械故障90%可以从振动测量中检测出来.振动测量和信号分析一直是作为预知维修的主要手段,各行业设备部门要开展这项工作一般都是从这二方面起家的.振动监测技术就是“对设备的振动信号进行检测、分析处理,故障识别和预报的一种技术”.二、简易诊断与精密诊断设备的状态监测技术是指对设备（部件、零件）的某些特征参数进行测试,并根据所得测定值与规定的正常值来作比较以判断设备的工作状态是否正常或异常（存在故障）,也称为简易诊断.设备故障诊断技术则不仅要对机器设备的状态是否正常作出判断,更重要的是对机器故障的原因、部位及严重程度作出估计.故称为精密诊断.目前比较普及的还是简易诊断（状态监测）,而精密诊断真正用于生产还是少数,而且主要用于高精尖设备上.这一状况欧美和日本都一样,具有普遍性.这表明简易诊断比较成熟,简便易行,而精密诊断还属于一种开发性技术,尚不够成熟.另外精密诊断的费用也比较高,需要精密的仪器,要由经过专门训练的工程师来进行,所以只在重要的设备上进行.这一点对我国开发推广诊断技术时值得注意.当前应该把重点放在普及简易诊断或状态监测上.同时积极开发精密诊断技术,使它尽快达到使用水平.据有关资料统计,利用简易诊断仪器可以解决设备运行中50%的故障.由此可见,简易诊断在设备管理与维修中的重要作用.以日本新日铁公司为例,看设备诊断技术在设备管理与维修中的应用：（图1）新日铁认为：在大型钢铁联合企业中,为确保全系统设备的正常运行,有两项技术必须实行.一是有效地监视机器状况,即“设备监测技术”.二是精确的诊断方法.即：“精密诊断技术”.1.“设备监测技术”.这类技术应满足如下要求a、能迅速地对各种类型的机械进行测量a能进行现场结论b、经济,使用方便;c、目前,新日铁在这方面已开发出了一系列的硬件,专门用于钢铁联合企业中的各类设备,新日铁把用于设备监测技术的硬件分为三类：（1） 第一类是供日常检查人员随身携带使用的,能定量显示结果的各种小型仪器.譬如：机器检测器,油膜检测器,小型测振仪、马达检测器,声发射裂纹检测器等.（2） 第二类是监视仪表,通常是安装在现场的,可进行自动数据采样,自动数据记录与作为倾向管理的图谱相对照,异常情况判别图谱显示等等,譬如：旋转机械监视仪,压缩机监测仪,热轧机监视仪等.（3） 第三类是数据&这需要第一类仪器测量得到的数据作为输入才能进行工作.可自动处理大量测量数据,并记录,储存与控制图谱相对照,发出控制信号等2.“精密诊断技术”当通过使用设备监测技术进行测量,与作为倾向管理的图谱或数值相比较之后,当指出已存在故障或者是预测可能发生故障时,有必要进行精密诊断,通过精密诊断,不仅要确定故障是否的确存在,并且,当存在故障时,还需诊断出它的位置,原因及程度,新日铁认为：这类技术必须由专门的、称为精密诊断检查的技术人员来进行,在这方面,新日铁近几年来也开发出了二类仪器：（1） 一类是专门用的仪器,主要是用于旋转机械的,这类仪器通常必须配合各种软件技术（譬如：参照诊断手册,振动严重性判据等）进行使用,同时,结合设备状况进行分析、判断,譬如：旋转机械自动诊断系统,自动平衡仪,声发射裂纹分析仪等.（2） 另一类是通用仪器,用于状态诊断的测量及分析的仪器.譬如：信号;记录仪信号分析仪,传递函数分析仪等;由“设备监测技术”和“精密诊断技术”这大类技术就构成了新日铁的“设备状态诊断系统”如图2所示.;三、振动测量在机器状态监测中的应用;1. 测量方法的进步一台设计得很好的机器,它的固有振级也很低.但当机器磨损、基础下沉、部件变形时,机器的动态性能开始出现各种细微的变化：轴变得不对中,部件开始磨损,转子变得不平衡,间隙增大.所有这些因素都在振动能量的增加上反映出来.因此,振动加剧常常是机器要出毛病的一种标志,而振动是可以从机器的外表面测到的.过去,设备工程师根据经验靠手摸、耳听来判断机器是否正常或其故障是否在发展.但今天机器的转速很高,许多起警告性的振动出现在高频段,因此,只有用仪器才能检测出来.做法是：在机器运行良好的状况下,具有一个典型的振级和频谱特征.而当机器的故障在发展的时候,机器的动态过程以及机器零件上的一些作用力也随着变化,从而影响机器的振动能级和频谱的图形.通过这样的振动的测量和分析,我们可以知道机器的工作状态的变化以及是否需要维修.把振动测量用于机器状态监测值得注意的是：成功未必取决于初期大量投资去配备带高级计算机的分析仪器.许多成功的例子开始是在具有代表性的机组中采用不太昂贵的模拟式振动表和分析仪.当取得经验并计划扩充时,就自然地发展为采用更快更强有力的仪器.明智的做法是一开始就购买高质量的仪器.如果许多新方案由振动测量方面经验有限的工程师来承担,加上测量结果不准确而且前后矛盾就会大大限制视情维修的可信度.上海星晟检测仪器有限公司就是遵循这一思路开发出一系列便携式测量仪器.像：VIB-5、VIB-10、VIB-15、VIB-20、BT2000、BA2010等产品.2. 测量仪器及测量系统对振动进行周期监测的仪器系统按其复杂程度可分成三档：（1） 简单系统最简单的系统是用一种直读式的袖珍振动表在一定的频率范围内去测量振动级别.把测量结果与通用标准或每台机器的专用参考值相比较.对那些用振动测量进行状态监测以取得经验的人员来说,一个高质量的手持振动计是需要的.这种振动计在10~1000HZ或10~10000HZ的频率范围内能读出单一的振动加速度或速度的均方根值（RMS）或峰值.速度的RMS值可直接与标准的振动严重性评定值相比较,从而知道需要维修的程度.虽然宽频带振动计在早期故障检测、诊断及损坏预测方面的作用是有限的,但也是必须的.（2） 振动状态监测的系统（a） 频率分析的基本系统用于机器状态监测的频率分析系统有若干种配置方式.如果想从有限的投资开始而且只有几十个测量点时（不是几百和几千个测量点）,电池供电的振动分析仪和振动能级;是优越的.这种配套装置能对各监测点依次画出其窄带频谱图.每次测量和分析约需要几分钟,每个测量点的数据用手工登记在记录卡上.把每个测量点的参考频谱记录下来并复制在透明的卡片上.以后取得的频谱放在参考频谱下面,两张卡片一对照立即可以找到差别所在.如果某一频率的振级增加就画出其振级——时间曲线,从而可预测其发展趋势.有些用户平时只进行有规律的简单宽带监视,当振级有明显变化时才应用频率分析.这种方式有助于故障发展的诊断而不能用于早期警告和趋势发展的规律分析.（b） 先进的机器状态监测系统当有大量的机器测点需要监测时,采用更完善的系统是合理的.操作人员可用加速度计与数据采集器）把每一个测试点的振动信号直接记录下来.回设备科后,再送到计算机里,用软件进行分析,这样做的优点是：速度快、扩大了仪器功能,改善了检测能力并降低了测量成本.（3） 永久性的机器振动监测上面提到的机器振动监测系统都是基于周期性的测量与校对.而永久性监测首先应用于那些对生产过程起重要作用的单台设备,当机器出现突然变化时,能立即或在几分钟之内向控制室提出警告,以便在灾难性故障出现之前即采取有效措施.这种系统在发电、石油化工工业中用得很多,用来监视汽轮机、进料泵和压气机等设备.永久性状态监测系统的首要条件是要有高可靠性、长期的稳定性及抗恶劣环境及抗误报警的能力,坚固的机器设计、能在潮湿与有灰尘的条件下工作再加上例行环境试验才能满足上述的严格要求.加速度计、电缆、接线盒等特别坚固的前线设备也需能在高温下工作.这种系统还包括一个自动测试系统,以便在事故报警时,操作人员立即核对哪些仪器的功能是正常的.（资料来源：西域科技）
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【摘要】：机械设备应用面十分广泛，且社会拥有量十分大。因此，如何让这些设备处于正常状态，是保证生产和产品质量的关键措施。本文就我国当前长期实行预防性停机维修方法所造成的弊病进行了分析后，提出采用状态维修技术是必由之路，也是提高设备利用率、降低生产成本、保证产品质量的重要措施之一。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TH17【正文快照】：
1机校设备状态维修的意义机械设备是经济发展中最重要的物质技术基础之一。随着我国经济建设的不断发展，我国各部门所拥有的机械设备必然会越来越多。而且随着设备技术复杂性的增加，也会不断地产生更多大型、复杂、精密和机电一体化的多种机械设备。统计表明，机械设备零部
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表46 转轴具有横向裂纹的故障原因 故 障 来 源 1 2 3 4 设计、制造 安装、维修 运行、操作 机器劣化 主 要
原 因 材质不良、应力集中 检修时未能发现潜在裂纹 及其频繁启动，升速、升压过猛，转子长期受交变力 轴产生疲劳裂纹 转子不平衡产生的原因及频率特征 旋转机械常见故障的振动诊断及实例 ――转子不平衡 不平衡类
型 不平衡频
谱 实例1： 某公司有一台电动机，额定转速3000r/min，运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频（50Hz）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远远超过标准允许值150g.cm。经动平衡处理后，振动状态达到正常。 这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印证了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，又通过动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确性。 转子不平衡 不平衡故障的典型频谱特征是工频分量占主导地位 转子不对中 联轴器不对中 轴承不对中 带轮不对中 平行不对中 角度不对中 实例： 某厂一台离心压缩机，结构如图所示。电动机转速1500r/min（转频为25Hz）。该机自更换减速机后振动增大，A点水平方向振动烈度值为6.36mm/s，位移D 150μm，超出正常水平。 测点A水平方向振动信号的频谱结构图 明显的2X特征 重新对中后2X基本消失
实例 某化肥厂的二氧化碳压缩机组，从1987年开始振动渐增，至9月4日高压缸振动突然升到报警值而被迫停车。 机组运行过程中，在故障发生的前后，均对高压缸转子的径向振动作了频谱分析，谱图如图所示。故障发生前，振动信号中只有转频（fr）成分，故障发生时，谱图中除转频外，还有明显的半倍频成分。
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一、故障判断五诀窍看：眼。看就地仪表参数、设备外观、附属部件、润滑油颜色等。听：耳。听机组发出的声音。正常运行情况下，机组的噪音是连续、平稳，有规律的。摸：手。摸轴承箱、气缸、机体以判断振动、温度等状况。闻：鼻。闻气味，如泄漏、烧焦的乙烯、丙烷、润滑油、油漆等都有较大刺激性气味。比：比较。如同型机组运行时各种状态的对比。对比，找出不同，找出差距。 从开始使用机器设备起，便同时出现了设备故障诊断。 随着工业的发展和一代代人的经验积累，形成了总结出来的听、摸、闻、比、看操作法，这也是一种用人工实现的较全面的故障诊断法。 随着现代检测技术的提高，各类先进检测仪器的准确性和及时性更加优越。那么，这意味着新人就不需要再用听、摸、闻、比、看这些老方法吗？ 二、诊断目的无论是老经验还是新仪器，目的都是一样：1、设备状态如何，是否正常2、异常或故障的原因及部位在哪里3、异常程度如何，什么时候该修理4、判断故障所形成的危害程度，对确定是否需要立即停机、能否维持运行、是否需要减少负荷运行有着决定性的指导作用。 三、与时俱进的听摸看（一）听——振动 振动监测仪只要是运转的机器，都或多或少地发生振动，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%—70%。 国内提出振动监测也有30多年的历史，由于国内设备机组振动的特殊性，因而在振动监测故障诊断方法、故障机理的研究方面，具有独特的见解。经过50多年的现场故障诊断的实践，在机组振动故障特征方面积累了丰富的知识和经验，对其中许多故障的生成和产生振动的机理，都作了长期、深入的研究。纠正了传统的误解。 通过采用仪器分析，振动的异常情况可以更便捷的发现，也更准确。噪声监测仪振动和噪声的增加一定是故障引起的，在机械设备状态监测与故障诊断中，噪声监测也是最基本的监测方法之一。 利用人耳的噪声测量与鉴别能力，经过长期实践锻炼，主观判别噪声源的频率和位置、是否正常，估计造成异常噪声的零件及其原因。 而采用噪声监测仪，就能对噪声异常情况和噪声源能够准确的判断出来。（二）摸——温度 红外温度探测器相比于最初的用手去感知设备的温度，在如今设备大型化和系统化的情况下，显然是不够专业的，因此红外探测仪就承担了这项工作。 红外成像系统不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，该波段的红外光处在可见光波段之外。因此人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟踪。（三）看——检测数据 在大屏系统实现了噪声监测结果的显示从看就地仪表参数、设备外观、附属部件、润滑油颜色等最直观的情况，到能在中控室通过各类监测装置直接了解实时动态。 【由于工艺系统和运行参数的情况有时较难摸清找准，仪表问题复杂且专业性强，三方面查起来都要耗费较多的时间。相比之下，人到现场，通过听、摸、闻、比、看，往往只需要几分钟，便可完成对机组状况的总体了解。当然要做好这一点，需要依靠经验的积累，平时对正常运行的机组体验的多，体验的细，遇到故障发生时，自然就会感受到明显的区别。】 听、摸、闻、比、看的老经验，加上现代检测设备的辅助，设备故障发生的因素就会被大大减小。过程设备网整理发布，转载请注明出处。
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