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1、 旋转机械旋转机械 状态监测与故障诊断技术状态监测与故障诊断技术 man 目录一、机械设备故障诊断技术简介一、机械设备故障诊断技术简介二、振动分析技术二、振动分析技术三、油液分析技术三、油液分析技术四、红外诊断技术四、红外诊断技术 第一章第一章机械设备故障诊断技术概述机械设备故障诊断技术概述旋转机械状态监测与故障诊断技术旋转机械状态监测与故障诊断技术绪论绪论故障是指机械设备丧失了原来所故障是指机械设备丧失了原来所规定的性能规定的性能或或状态。通常把设备在运行中所发生的状态异常、缺状态。通常把设备在运行中所发生的状态异常、缺陷、性能恶化、以及事故前期的状态统统称为故障，陷、性能恶化、以及事故前期
2、的状态统统称为故障，有时也把事故直接归为故障。有时也把事故直接归为故障。 而故障诊断则是根据状态监测所获得的信息，而故障诊断则是根据状态监测所获得的信息，结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史状况，对可能发生的故障进行分析、预报，对已经状况，对可能发生的故障进行分析、预报，对已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，对维护设备的正性质、类别、程度、部位及趋势，对维护设备的正常运行和合理检修提供正确的技术支持。常运行和合理检修提供正确的技术支持。开展状态监测和故障诊断
3、开展状态监测和故障诊断是现代设备管理的要求是现代设备管理的要求我国设备管理的三类主要模式我国设备管理的三类主要模式1、以全寿命周期管理为原则的综合管理模式、以全寿命周期管理为原则的综合管理模式2、以点检定修为基础的管理模式、以点检定修为基础的管理模式（关键在于点检工作的有效性）（关键在于点检工作的有效性）3、以、以TPM管理为主导，结合点检定修和综合管理形管理为主导，结合点检定修和综合管理形成的管理模式成的管理模式（关键在于（关键在于TPM执行的有效性）执行的有效性）维修模式：维修模式：故障维修、预防性维修和预知性维修、改善维修故障维修、预防性维修和预知性维修、改善维修。人的体检与设备故障诊断
4、人的体检与设备故障诊断医生望问切闻点检员看查摸听油液检测振动图谱温度检测无损探伤体液检验心（脑）电图体温测试CT检查设备管理与中医治未病节选自韩非子喻老.喻老,意思是用比喻来说明老子的观点.作者叙述扁鹊见蔡桓公的故事,本意是说明老子图难于其易为大于其细(即计划克服困难,要着手于它还容易的时候,做大事业,要着手于它细微的时候)这一观点的。关于设备维护的两则小故事 扁鹊见蔡桓公 魏文侯问扁鹊扁鹊见蔡桓公 扁鹊见蔡桓公，立有间，扁鹊曰：“君有疾在腠理，不治将恐深。”桓侯曰：“寡人无疾。”扁鹊出，桓侯曰：“医之好治不病以为功！”居十日，扁鹊复见，曰：“君之病在肌肤(11)，不治将益(12)深。”桓侯不
5、应(13)。扁鹊出，桓侯又不悦(14)。居十日，扁鹊复见，曰：“君之病在肠胃，不治将益深。”桓侯又不应。扁鹊出，桓侯又不悦。居十日，扁鹊望桓侯而还走(15)。桓侯故(16)使人问之，扁鹊曰：“疾在腠理，汤熨之所及也(17)；在肌肤，针石(18)之所及也；在肠胃，火齐(19)之所及也；在骨髓，司命之所属(20)，无奈何也(21)。今在骨髓，臣是以(22)无请(23)也。”居五日，桓侯体痛，使人索(24)扁鹊，已逃秦矣。桓侯遂(25)死。魏文侯问扁鹊 魏文侯问扁鹊:“子昆弟三人其孰最善为医?”扁鹊曰:“长兄最善,中兄次之,扁鹊最为下。”魏文侯曰:“可得闻邪?”扁鹊曰:“长兄於病视神,未有形而除之,
6、故名不出於家。中兄治病,其在毫毛,故名不出於闾。若扁鹊者,鑱血脉,投毒药,副肌肤,闲而名出闻於诸侯。”从扁鹊三兄弟的故事谈设备管理从扁鹊三兄弟的故事谈设备管理一是要像扁鹊大哥那样，治病于未发之时，注重设一是要像扁鹊大哥那样，治病于未发之时，注重设备的备的本质安全本质安全，防患于未然。，防患于未然。二是要像扁鹊二哥那样，治病于初起之时，注重设二是要像扁鹊二哥那样，治病于初起之时，注重设备的备的隐患治理隐患治理，防止故障进一步裂化。，防止故障进一步裂化。三是要像扁鹊自己那样，治病于严重之时，注重设三是要像扁鹊自己那样，治病于严重之时，注重设备备故障处理故障处理，做好设备的问题处理。，做好设备的问题
7、处理。1、机械故障诊断的本质、机械故障诊断的本质 机械故障诊断机械故障诊断是是识别机器运行状态的科学，它研究机器运行状态的科学，它研究的是机器运行状态的的是机器运行状态的变化在诊断信息的反映。在诊断信息的反映。v 内容内容包括了运行状态的监测、识别和预测三方面包括了运行状态的监测、识别和预测三方面的内容。的内容。v 任务和目的任务和目的是获得机器运行状态的信息，通过是获得机器运行状态的信息，通过分析比较及早发现机械状态异常或故障，从而指导设备及早发现机械状态异常或故障，从而指导设备运行和维修，减少和消除设备故障，提高设备利用率，运行和维修，减少和消除设备故障，提高设备利用率，保证设备安全，降低
8、维修费用，延长使用寿命以及为保证设备安全，降低维修费用，延长使用寿命以及为机器结构的改进设计服务。机器结构的改进设计服务。开展状态监测与故障诊断工作的意义开展状态监测与故障诊断工作的意义：v 及时发现故障的早期征兆，以便采取相应及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免、减缓、减少重大事故的发生；的措施，避免、减缓、减少重大事故的发生；v 一旦发生故障，能自动纪录下故障过程的一旦发生故障，能自动纪录下故障过程的完整信息，以便事后进行故障原因分析，避免再次发完整信息，以便事后进行故障原因分析，避免再次发生同类事故；生同类事故；v 通过对设备异常运行状态的分析，揭示故通过对设备异常运行状态的
9、分析，揭示故障的原因、程度、部位，为设备的在线调理、停机检障的原因、程度、部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；v 可充分地了解设备性能，为改进设计、制可充分地了解设备性能，为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。造与维修水平提供有力证据。2、机械故障诊断的一般过程、机械故障诊断的一般过程 机械状态信息的测量机械状态信息的测量 机器状态或失效信息的提取机器状态或失效信息的提取（结果往往表现为提取得到的状态特征参数）（结果往往表现为提取得到的状态特征参数） 状态识别状态识别（实质上是一个比较、分类过程。）（实质上是一
10、个比较、分类过程。） 诊断结论诊断结论（通过将当前状态特征与标准状态或故障特征的比较，得出（通过将当前状态特征与标准状态或故障特征的比较，得出当前机械状态或故障类别）当前机械状态或故障类别）3、机械故障诊断的特点、机械故障诊断的特点3.1机械故障诊断过程是典型的逆命题。它遵循了运行信息-机器行为-机器性能-动态模型的求解方向，从整体的状态信号逐步分析，确定零件的故障或失效。3.2机械故障诊断是多学科融合技术。3.3机械故障诊断技术是一项系统工程，机械故障的发展以及故障信息的传播具有系统集成和层式结构的特点。4、机械运行信息的利用、机械运行信息的利用 机械零件失效的识别是机械零件实效信息提取的主
11、要目的之一。机器零件的失效往往会直接或间接地引起机器整体功能或信息的变化。通过对机器零部件信息的分析，确定失效的零部件，从而才能有目的地对失效零件进行更换、修复或调整。 机械零件信息的提取的另外一个重要用途就是分析机器或某一零部件在设计、制造上存在的问题和缺陷。机器某个零部件或子系统在设计、制造上存在的某个问题和缺陷往往会引起机器整体功能的下降。通过对某个零部件或子系统失效信息的提取，有助于发现存在有缺陷的零件，为进一步改进设计，提高制造精度提供了依据。5、设备信息的收集、设备信息的收集5.1设备基本信息的收集a、设备位号（基本功用）、型号、功率、转速等。b、转子基本结构及支承形式、轴承型号、
12、传动机构特点、联轴器形式、密封结构等c、设备辅机配置情况等。d、设备在役状态，如是否有备机，运行时间，连续运行状况等。5、设备信息的收集、设备信息的收集 5.2设备机械运行信息的收集a、工艺性能参数及变化趋势等。（压力、温度、流量以及产品质量等）b、机械性能参数及变化趋势等等（振动、温度、噪声、密封状况、润滑状态等）c、辅机运转状况等。d、设备历史故障记录。常见设备状态的受控部位常见设备状态的受控部位物理特征检测目标使用范围振动瞬态振动、稳态振动的模态参数旋转机械、往复机械、流体机械等温度温度、温差、温度场及热图像等机械摩擦部位、换热设备、热工设备、电气电子设备 油液油品理化分析、铁谱和光谱分
13、析润滑系统、液压系统、摩擦传动系统、电力变压器等声波噪声、声阻、超声波、声发射等压力容器管道、流体机械、工业阀门、断路开关等强度载荷、扭矩、应力应变等起重运输设备、各类机械承压结构等压力压力、压差、压强、压力联动等液压系统、流体机械、内燃机、各类流体工业装置等电气参数电流、电压、电阻、功率、绝缘、电磁性等输变电设备、电气设备、电工仪表等表面状态裂纹、变形、腐蚀、变色等各类容器、结构、设备及零件的表面损伤等无损检测射线、超声、磁粉、渗透、涡流探伤等各类重要零件、铸锻件、焊缝、表面镀层等工况指标设备运行的主要工况和性能指标流程工业设备和工业生产线设备6、设备故障诊断分析、设备故障诊断分析6.1反向
14、推理诊断分析反向推理也称目标直接推理，它是依据故障特征反推出故障原因，因此称它反向推理。在推理过程中只与单一的目标有关，当故障表象与故障特征符合时，即可做出诊断。所以反向推理诊断故障容易掌握，不需要了解全部故障范围，而只要对有关的故障特征有所了解，即可进行诊断，所以目前已获得广泛应用，在判断简单故障时是非常快捷有效的，但应对高参数、结构复杂的设备在实际诊断振动故障时往往也有弊端。 （从原因可能引起的结果对应发生的故障特征。比如头痛、流鼻涕、打喷嚏时我们很容易想到感冒了）6、设备故障诊断分析、设备故障诊断分析 6.2正向推理诊断分析（明确振动故障范围）使用正向推理诊断故障的前提，是振动故障范围
15、必须明确，具体推理方法是在能够引起设备振动的全部原因中，与实际设备存在的振动特征、故障历史、进行搜索、比较、分析、采取逐个排除的方法剩下不能排除的故障即为诊断结果-某种故障不能排除。 （从结果分析可能引起这个结果的原因并排除。比如头痛的原因很多，如高血压、神经性头痛、感冒等，但是高血压、神经性头痛一般不会流鼻涕、打喷嚏）7、设备技术检测、设备技术检测 机械检测-振动、噪声、声发射. 电气检测-绝缘、电压、电流、介质损耗. 油质检测-常规理化、原子光谱、颗粒计数、铁谱技术、红外光谱. 温度检测-点温（接触式测量和非接触测量）、热图像 在线仪表和DCS系统 专用离线和在线故障分析系统8、设备故障机
16、理、设备故障机理 设备故障机理是指诱发零部件、设备系统发生故障的物理与化学过程、电学与机械学过程，也可以说是形成故障源的原因。故障机理还可以表述为设备的某种故障在达到表面化之前，其内部的演变过程及因果关系。弄清发生故障的机理和原因，对判断故障，防止故障的发生，有着重要的意义。 故障的发生受空间、时间、设备（故障零件）的内部和外界多方面的因素的影响，有的是某一种因素起主导作用，有的是几种因素共同作用的结果。 所以，研究故障发生的机理时，应首先考虑各种直接或间接影响故障产生的因素极其所起的作用。1、对象指发生故障的对象本身，其内部状态与结构对故障起抑制与诱发作用，即内因的作用。（设备功能、特性、强
17、度、内应力、内部缺陷、设计方法、安全系数、使用条件等）2、原因能引起设备与系统发生故障的破坏因素。a、动作应力（体重、电流、电压、辐射能等）b、环境应力（温度、湿度、放射线、日照等）c、人为失误（设计、制造、装配、使用、操作、维修等失误行为）d、时间的推移实际上，即使故障模式相同，其故障机理也不一定相同。同一故障机理，可能出现不同的故障模式。因此即使全面掌握了故障的现象，并不等于完全具备搞清故障发生原因和机理的条件。然而，搞清故障现象却总是分析故障发生机理和原因的必要前提。设备劣化的倾向性管理 为了把握对象设备的劣化倾向程度和减损量的变化趋势，必须对其故障参数进行观察，实行定期的劣化量测定，对
18、设备劣化的定量数据进行管理，并对劣化的原因、部位进行分析，以控制对象设备的劣化倾向，从而预知其使用寿命，最经济地进行维修。 设备劣化倾向性管理的步骤 确定项目即选定倾向管理的对象设备和管理项目； 制定计划设计编制倾向管理图表； 实施与记录对测得的数据进行记录，并画出倾向管理曲线图表； 分析与对策进行统计分析，找出劣化规律，预测更换和修理周期，提出改善对策。 面对大型旋转机械所发生的各种故障，是立即停机抢面对大型旋转机械所发生的各种故障，是立即停机抢修、防止事态扩大，还是维持运行、待机修理，或者修、防止事态扩大，还是维持运行、待机修理，或者是采取措施加以消除或减轻，诊断及处理的失误会给是采取措施
19、加以消除或减轻，诊断及处理的失误会给企业带来相当大的经济损失。企业带来相当大的经济损失。9、故障诊断小结、故障诊断小结9.1故障真伪的判断故障真伪的判断 a、首先查询故障发生时生产工艺系统有无大的、首先查询故障发生时生产工艺系统有无大的波动或调整波动或调整 b、其次擦看仪表电信号是否真实可信。、其次擦看仪表电信号是否真实可信。 （位移探头要看（位移探头要看gap电压）电压） c、查看相应的运行参数是否真实存在变化。、查看相应的运行参数是否真实存在变化。 d、查看先关机械性能参数是否真实存在变化。、查看先关机械性能参数是否真实存在变化。 e、查看现场有无人能直接感受到的异常现象。、查看现场有无人
20、能直接感受到的异常现象。9.2、 根据现场提供的机器故障表象（异常声音、振动异常），完整收集现场信息。根据现场提供的机器故障表象（异常声音、振动异常），完整收集现场信息。 凡是可能引起故障的信息都要收集，例如工艺系统、运行、凡是可能引起故障的信息都要收集，例如工艺系统、运行、检修方面的各种信息，甚至设备的原理、结构、型号等。然后对检修方面的各种信息，甚至设备的原理、结构、型号等。然后对所收集的信息进行筛选，删除本身正确、正常、未发生变化的信所收集的信息进行筛选，删除本身正确、正常、未发生变化的信息。最后，对剩下的疑点信息采用排除法，逐一去伪存真，息。最后，对剩下的疑点信息采用排除法，逐一去伪存
21、真，特别特别要注意排除因发生故障所连带产生的异常现象，从而找出导致故要注意排除因发生故障所连带产生的异常现象，从而找出导致故障发生的真正原因。障发生的真正原因。例如，当喘振与轴位移波动同时发生时，若例如，当喘振与轴位移波动同时发生时，若诊断为轴位移故障肯定不对，说轴位移波动与喘振为故障的并列诊断为轴位移故障肯定不对，说轴位移波动与喘振为故障的并列原因也不对，应明确诊断为喘振故障，轴位移波动是被连带的，原因也不对，应明确诊断为喘振故障，轴位移波动是被连带的，或者形象地说喘振是肇事者，轴位移波动是受害者。因此，对故或者形象地说喘振是肇事者，轴位移波动是受害者。因此，对故障类型的诊断，要找主要矛盾，
22、要找肇事者、排除受害者，在确障类型的诊断，要找主要矛盾，要找肇事者、排除受害者，在确保准确的前提下，尽可能只明确一条主要故障，即造成故障的真保准确的前提下，尽可能只明确一条主要故障，即造成故障的真正原因。实在吃不准时也可以多列几条，但应附加说明其中的主正原因。实在吃不准时也可以多列几条，但应附加说明其中的主次关系和可能发生的概率。次关系和可能发生的概率。 图谱图谱 现场工艺现场工艺 历史维修历史维修 现场感受现场感受9.3根据仪器提供的数据，通过各种图谱进行分析根据仪器提供的数据，通过各种图谱进行分析 通过仪器提供的准确数据，查看各种谱图，进行通过仪器提供的准确数据，查看各种谱图，进行对比分析
23、，发现异常。对比分析，发现异常。 特别是要利用灵敏监测技术发现异常的图谱。特别是要利用灵敏监测技术发现异常的图谱。 及时和现场沟通人员沟通及时和现场沟通人员沟通 把相关信息进行把相关信息进行补充。补充。 通过查仪器采集的数据，感觉一些相关通过查仪器采集的数据，感觉一些相关信息不足，有时无法判断故障的原因，就要信息不足，有时无法判断故障的原因，就要及时和现场相关技术人员沟通，把需要的机及时和现场相关技术人员沟通，把需要的机器信息补充完整。器信息补充完整。9.4结合现场提供的相关信息，给出一般性结论（分清主次）；结合现场提供的相关信息，给出一般性结论（分清主次）； 9.4.1 故障程度的评估故障程
24、度的评估 判断时应根据故障前后有关的运判断时应根据故障前后有关的运行及监测参数的数值进行慎重的比行及监测参数的数值进行慎重的比较，然后参照有关规范、规定及设较，然后参照有关规范、规定及设备的历史状况加以综合判断。备的历史状况加以综合判断。既要既要考虑原有数值的大小，更要考虑其考虑原有数值的大小，更要考虑其变化量的大小，最重要的还是看其变化量的大小，最重要的还是看其当前数值的大小。当前数值的大小。9.4.2 故障部位的诊断故障部位的诊断 判断故障所发生的具体部位具体部位，对停车后的抢修工作有着很重要的指导作用，判断具体、准确时，可以大大缩短抢修时间，降低检修费用，为工厂创造较好的经济效益。判断时
25、，一定要紧密结合设备的具体结构特点紧密结合设备的具体结构特点并参考各方面的信息加以综合考虑综合考虑。9.4.3 故障趋势的预测故障趋势的预测 判断故障的判断故障的发展趋势发展趋势，除了对确定是，除了对确定是否需要停车有决定性作用外，还否需要停车有决定性作用外，还对如何维对如何维持运行有着具体的指导作用持运行有着具体的指导作用。应着重所发。应着重所发生故障的自身特点及故障发生后短时间内生故障的自身特点及故障发生后短时间内所呈现的特征来进行判断。所呈现的特征来进行判断。9.5 根据故障现象，通过结论根据故障现象，通过结论 给出故障机理。给出故障机理。 从从原理上原理上解释故障现象的解释故障现象的振
26、动机理振动机理9.6、 给出故障处理的方法给出故障处理的方法 结合现场情况，相关现场决策者给出处理意见：结合现场情况，相关现场决策者给出处理意见： 面对故障，只要分析透彻、判断准确，正确的处理意见就会面对故障，只要分析透彻、判断准确，正确的处理意见就会在分析、判断的过程中自然形成。基于判断要提出可靠、稳妥、在分析、判断的过程中自然形成。基于判断要提出可靠、稳妥、切实可行的处理意见，通常需要依次明确以下问题：切实可行的处理意见，通常需要依次明确以下问题：是立即停车检修，还是维持运行待机修理；是立即停车检修，还是维持运行待机修理；是降低负荷维持运行，还是满负荷运行；是降低负荷维持运行，还是满负荷运
27、行；是否需要采取哪些应急措施来维持运行；是否需要采取哪些应急措施来维持运行；维持运行中需要监视、调整哪些主要的运行参数，具体为何值维持运行中需要监视、调整哪些主要的运行参数，具体为何值 哪些运行参数变化为何值时需立即停车；哪些运行参数变化为何值时需立即停车；停车后的抢修项目；停车后的抢修项目；抢修中的重点检查内容及主要控制指标。抢修中的重点检查内容及主要控制指标。9.7、 反馈反馈 对诊断事件进行跟踪。对诊断事件进行跟踪。工艺处理后的情况工艺处理后的情况检修时的情况已经检修后的结果。检修时的情况已经检修后的结果。现场照片或者检验报告。现场照片或者检验报告。第二章、旋转机械振动监测第二章、旋转机
28、械振动监测与故障诊断技术与故障诊断技术 振动分析法振动分析法是对设备所产生的机械振动（对大机组来说，主要是是转子相对于轴承的振动）进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图谱所进行的故障分析。 振动分析法振动分析法是大机组状态监测与故障诊断所使用的主要方法。 一方面，由于在大机组的所有故障中，发生振动故障的概率最高； 另一方面，振动信号所函括的设备状态的信息量最大，它既包含了转子、轴承、联轴器、齿轮、壳体、基础、管线等机械零部件自身运行状态的信息，又包含了诸如转速、流量、压力、温度、介质组分、润滑油（主要是油温）等工艺及运行参数影响机组运行状态的信息，因为机械零部件或运行参数的非正
29、常变化，都会引起振动值增大，振动信息量如此之丰富，是其它任何信息所无法比拟的； 第三，振动信号易于拾取，便于在不影响机组运行的情况下实行在线监测和诊断。因此，振动分析法是转动设备故障诊断中运用最广泛、最有效的方法。1. 振动的基本概念振动的基本概念v 周期振动与简谐振动周期振动与简谐振动)sin(tXXm振动位移、速度和加速度振动位移、速度和加速度)2sin(coscostVtVtxdtdxVmmm)sin(sinsin222tatatxdtxddtdvammm)2()2(t fSinXTtSinXXmmv 振动波形的峰值、峰峰值、有效值和平均值振动波形的峰值、峰峰值、有效值和平均值 峰值：
30、Xpeak= Xm峰峰值：Xp-p2XmTdttxTx0)(1TrmsdttxTx02)(1222prmsxxx平均值算术平均值：有效值（均方根值）：正弦波形的有效值：2.传感器传感器v位移传感器位移传感器涡流式传感器涡流式传感器 主要测量相对振动，非接触式测量。Power -24VOutput 输出输出Com 接地接地探头探头延伸电缆延伸电缆前置放大器前置放大器原理：当通过交流电的传感器线圈接近被测导体表面时，穿过导体的磁通量随时间变化，于是在导体表面感应出电涡流，电涡流也产生一个交变磁场，方向与线圈原磁场方向相反，两个磁场相互叠加改变了线圈的阻抗。 静态特性静态特性动态特性动态特性 电压电
31、压VGAP 间隙间隙GAP 间隙间隙振动振动X线性v 速度传感器速度传感器磁电式传感器磁电式传感器组成：线圈、磁铁、磁电路和弹簧原理：运动导体在固定磁场内切割磁力线，感应出感生电动势E与线圈相对于磁场的运动速度 dx/dt 成正比。测量被测物体的绝对振动速度，接触式测量。sinsinBLVdtdxBLEv 加速度传感器加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器原理：原理：利用压电效应来进行测试，某些晶体材料、石英晶体、人工极化陶瓷，在承受外力压迫时，在表面会产生电荷，外力消除后又恢复不带电。由牛顿第二定律Fma，可得出被测体的振动加速度，测量被测物体的绝对振动加速度，接触式测量。v 复合
32、式传感器复合式传感器由一个电涡流传感器与一个绝对式速度传感器组成，能测量轴的绝对振动信号。Power 电源电源Output 输出输出Com 接地接地探头探头电荷放大器电荷放大器导线导线3. 信号的采集和处理信号的采集和处理v 取样与量化取样与量化传感器测得的是模拟信号，经A/D采样后转换成数字信号。A/D转换位数b，则量化数为m=2b 若 b10 则 m1024量化单位： E0U/mU05V取样是对连续信号在时间上进行离散化，而量化是在取值上进行离散化。v采样定理采样定理采样的基本问题是如何确定合理的采样间隔t和采样长度T，以保证采样所得到的数字信号能真实地代表原来的连续信号而不发生频混。 采
33、样定理：fs2fmax如果满足上述采样定理，则不会发生频率混淆现象。解决频混的方法：(1).fs（2.564）fmax(2). 滤波v 泄漏与窗函数泄漏与窗函数时间序列分析的数字化工具是傅里叶变换，它研究的是整个时间域之间的关系，持续时间无限长，而实际测得的数据记录仅是一段，对x（t）采一段样，相当于用一矩形窗去截取信号，在矩形窗内是原信号，窗外的信号值都假设为零，然后作离散傅里叶变换。当截取时间长度不等于整周期时，就歪曲了原信号出现原频率外的许多频率成分，即出现频率泄漏现象。由于采用窗函数，造成数据泄漏，带来的影响是频谱的变化，整周期采样就无泄漏现象。 TtTttb01取函数取函数 tbtx
34、txr 4. 信号分析方法信号分析方法v 时域分析时域分析 波形分析波形分析: : 一般得到的原始数据都是时域波形的形式，时域波形直观，易于理解，对某些故障信号波形有明显的特征，就可以利用时间波形先作初步分析判断。 A. 不平衡不平衡B. 不对中不对中C. C. 拍拍 相关分析：相关分析：是将信号在时延域上进行描述的一种方法，又称时差域分析，在系统的振源识别和故障诊断中有着广泛的应用，它包括自相关分析和互相关分析。自相关函数：自相关函数：是随机数据起点相隔的两段波形的相似程度的度量。主要目的是提取周期函数，消除噪声干扰，提高信号的信噪比。 dttxtxTRTTx0)()(1lim)(正常自相关
35、异常自相关正常自相关R()R()互相关函数互相关函数 ：两组数据X(t)、Y(t) 的相关性。 dttYtXTRTTxy0)()(1lim)(轨迹分析轨迹分析: 转轴运动轨迹形状是有关机械运转状态的一个很重要的信息，两个互成90度的垂直信号输入示波器后形成的轨迹，运转中的机械很少呈现出园环形的轨迹，很多正常的机器所产生的轨迹都是略呈椭圆形的，主要原因是由于油膜支承刚度X、Y方向不对称缘故，从一些轨迹中可判断各种类别的机械故障。油膜涡动：油膜涡动： 摩摩 擦：擦：不平衡或弯曲：不平衡或弯曲：不对中不对中v 频域分析频域分析频域分析是机械故障诊断中使用得最广泛的信号处理方法之一，大多数旋转机械一般
36、都产生带有周期的振动信号，并不是都只含有单一频率成分的简谐运动，而是包含有多种的频率成分，这些频率成分往往直接与机器中各零部件的机械物理特性联系在一起。频域分析的基础是频率分析方法，利用傅里叶变换，将复杂的信号分解为简单信号的叠加。傅里叶变换：傅里叶变换： Nkkktkbtkaatx1000sincos20.5x1x2x3x4x5xv 全息谱分析全息谱分析 通过改进FFT算法，得出转子同一支承面内垂直与水平两个方向振动信号各倍频及其次谐波准确的辐值、频率和相位，然后进行迭加处理，将垂直与水平两个方向振动信息显示在一张图谱上。全息谱分析包含二维全息谱、三维全息谱及全息瀑布图。v 倒频谱分析倒频谱
37、分析 利用FFT进行时-频转换的概念，将频谱信号再次进行FFT处理形成新的分析图谱倒频谱图，倒频谱能进一步发现频谱中的周期分量。5. 设备的振动监测设备的振动监测v 振动状态监测方法：振动状态监测方法：测量对象传感器数据采集分析评价针对性措施调整消除轴承座的振动轴承座的振动（绝对振动）（绝对振动）测量测量轴承座振动的测点应该在各轴承的垂直中分线和水平中分面上，以测量轴承座垂直、水平、轴向三个方向的振动，用振动位移和速度有效值来衡量转子振动状况。轴振动测量：轴振动测量：直接反映转子的振动状态，对故障灵敏度高A. 相对轴振动相对轴振动:必须在每一轴承附近安装两个轴振动传感器，二者之间相差90度正负
38、5度，在轴中心两侧45度处。探头应安装在轴承上沿轴向 3英寸（76mm）以内的地方,轴表面的电和机械误差不大于6m。 B. 绝对轴振动绝对轴振动:采用涡流惯性式传感器，若轴承支架与轴振动值相差小于20，可以认为相对轴振动就是绝对轴振动。 轴位移的监测轴位移的监测在某些非正常的工况下，旋转机械的转子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移，严重时会引起推力轴承磨损，进而发生转子端面与隔板或缸体摩擦碰撞；汽轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生轴向动静摩擦。尽管转子轴位移故障的概率不是很高，但也常有发生，一旦发生往往是灾难性的。对轴位移进行在线监测和故障诊断很有必要
39、。此外，轴位移监测技术还被用于往复式机械，通过监测活塞杆的横向位移，来诊断活塞支承环或活塞环的磨损量，从而避免发生拉缸故障以及打气量不足。 轴位移监测主要是防止轴向碰擦和止推轴承异常磨损。止推轴承磨损既有可能为自身原因或润滑不良所至，很大程度上仍可能为轴向力过大而引起。止推轴承合金层磨损时间极快，并伴有不大明显的瓦块温度或回油温度升高的异常现象，遇到此情况时，必须立即停车。 造成转子轴向力过大的具体原因，对汽轮机来说，有进汽压力过低、进汽温度过低、排汽压力过高、通流部分结垢、蒸汽带水以及流量过大等。对压缩机来说，则有进出口压差过大、质量流量过大、分子量过大、气体带液、轴封漏气严重、转速过低等。
40、 A. 振动烈度的评定（振动烈度的评定（ISO3945/1985） 评定指标评定指标（振动标准）（振动标准）属推荐性标准，非强制性标准 振动烈度振动烈度（用振动速度有效值来表征）和振动能量成正比，从能量观点反映振动件的动强度，在规定的机器支承和运行条件下，所测的最大带宽值。在多个测量方向和位置测量得到的一组振动值，最大一个值就表征了该机器的振动状态。测量位置测量位置：应该在轴承、轴承支座或其它对动力有明显响应并能表示机器整体振动特性的结构部件上进行测量。为确定每一测量位置上的振动特性，有必要在三个相互垂直的方向进行测量。仪器：仪器：a. 有均方根检测电路并显示均方根值的仪器b.b.既有均方根又
41、有平均值的检测电路，假定之间以正弦关系为基础。准则一准则一：绝对振动量的规定限值区域A：振动良好，可长期运行；区域B：振动合格，可长期运行；区域C：振动报警，可短期运行，必须采取措施；区域D：停机极限、危险，立即停机；准则二准则二：动幅值的变化：虽然振动值是合格的，但变化量超过报警值的25，不论是变大或变小都要报警。振动变化大意味着机组可能有故障。两个评定准则用于机器的振动烈度，通常给出限制性严格的两个评定准则用于机器的振动烈度，通常给出限制性严格的的一个的一个 适用范围适用范围：转速为 60012000rpm的旋转机械 振动频率为 101000Hz的机械振动振动强度范围机械设备分类分级范围振
42、动速度有效值Vrms（mm/s）dBI类II类III类IV类0.1181AAAA0.18850.28890.45930.71971.12101B1.8105B2.8109CB4.5113CB7.1117DC11.2121DC18125D28129D45132711370.110.180.280.450.711.121.82.84.57.111.2182845I 类类：发动机和机器的单独部件。它们完整地联接到正常运行状况的整机上（15kw以下的生产电机是这一类机器的典型例子）。II 类类：无专门基座的中型机器（具有1575kw输出功率的典型电机），在专门基座上刚性安装的发动机或机器（300kw以
43、下）III 类类：具有旋转质量安装在刚性和重基座上的大型原动机和其他大型机器，基座在振动测量方向上相对是刚性的。IV类类：具有旋转质量安装在刚性和重基座上的大型原动机和其他大型机器，基座在振动测量方向上相对是柔性的（例如具有大于10MW输出功率的汽轮发电机组和燃气轮机）。B. 在非旋转部件上测量和评价机器的振动在非旋转部件上测量和评价机器的振动 ( ISO10816 )ISO10816-1 总则总则1.应用范围：仅与机器本身产生的振动有关，与外部传递给它的振动无关；不考虑扭振。2.引用标准：ISO7919-13.测量方法：4.使用仪器：5.评价准则、准则一：稳态运行工况下额定转速时的振动值区域
44、A：振动良好，可长期运行，新交付使用的机器验收区域区域B：振动合格，可长期运行。区域C：振动报警，可短期运行，必须采取措施。区域D：停机极限、危险，立即停机。准则二：振动值的变化量超过区域B限值的25，不论增大或减小都应查明变化原因。振动幅值变化量报警设定值为：基线值区域B上限值的25。 ISO108162 功率大于功率大于50Mw陆地安装的大型汽轮发电机组陆地安装的大型汽轮发电机组根据轴承箱/底座的振动速度的评定区域边界区域边界轴转速RPM1500/18003000/3600A/B2838B/C5375C/D85118注：这些数值用于额定转速、稳态工况下在所有的轴承箱或底座上的径向振动测量和
45、推力轴承上轴向振动测量ISO 108163额定功率大于15Kw和额定转速在120至15000RPM 在现场测量的工业机器机器分类的振动烈度区域第一组：额定功率大于300Kw小于50Mw的大型机器转轴高度H315mm的电机刚性A/B2923B/C5745C/D9071柔性A/B4535B/C9071C/D140110支撑类型区域边界位移有效值m 速度有效值mm/s第二组：额定功率大于15Kw小于等于300Kw的中型机器电机转轴高度160mmH315mm刚性A/B2214B/C4528C/D7145柔性A/B3723B/C7145C/D11371第三组：离心式、混流式或轴流式额定功率小于15Kw的
46、泵刚性A/B2328B/C3645C/D5771柔性A/B3645B/C5771C/D90110ISO108164燃气轮机驱动装置ISO108166额定功率大于100Kw的往复机械C.C.轴振动标准轴振动标准ISO7919-1总则1.应用范围和场合：适用于测量绝对和相对径向轴振动，扭振和轴向振动除外。2.参考文献：ISO2372、ISO39453.测量参数和测量方法：4.仪器5.评价准则：附件A-测量量的导出附件B-推荐测振仪器附件C-不同类型机械所采用的评价准则ISO7919-2陆地安装的大型汽轮发电机组陆地安装的大型汽轮发电机组1.应用范围：额定转速范围从1500rpm至3600rpm并且
47、功率输出大于50MW的陆地安装的大型汽轮发电机组2.测量方法：用非接触式传感器做转轴的相对振动测量；如需要也可用复合式传感器测量转轴的绝对振动。测量系统频段上限应不低于160Hz。3.评定准则： 振动幅值是在两个选定的相互垂直的测量方向上位移峰峰值的较大值，如果只使用一个测量方向，那么应注意确保它可提供足够的信息。准则准则 I在稳态运行工况下额定转速时的振动幅值 区域A：振动良好，可长期运行，新交付使用的机器的验收区域。区域B：振动合格，可长期运行。区域C：振动报警，可短期运行，必须采取补救措施。区域D：停机极限、危险，立即停机。区域轴的最大相对振动位移轴的最大绝对振动位移转速rpm转速rpm
48、15001800300036001500180030003600A/B10090807512011010090B/C200185165150240220200180C/D320290260240385350320290轴振动的限值（推荐值），单位：位移峰峰值m 准则准则II振动幅值的变化，这种变化可以是瞬时的或者是随时间逐渐发展的，振动变化大意味着机组可能有故障。振动幅值变化量报警设定值为：基线值区域B上限值的25ISO 79193 耦合的工业机器的轴振动测量与评价耦合的工业机器的轴振动测量与评价 1.应用范围：转速范围：100030000rpm，具有滑动轴承的工业机器，在尺寸及功率方面没有限
49、制。包括：蒸汽轮机、涡轮压缩机、涡轮泵、涡轮发电机、涡轮风机、电力驱动装置及相关的齿轮变速装置。2.测量方法：遵循的测量方法及使用的仪器应符合ISO79191中的说明，在工业机器方面，通常测量轴与轴承的相对振动。要求测量系统对整个振动频率的覆盖范围应达到最大运行转速的2.5倍。 3.评定准则：振动幅值是在两个选定的相互垂直的测量方向上位移峰峰值的较大值，如果只使用一个测量方向，那么应注意确保它可提供足够的信息。这些准则是在额定转速及载荷范围内的稳态运行状态下给出的，适用于负荷正常的慢变化；对于不同的工况或者瞬态变化期间是不适用的，例如：启动、停机和通过共振区。在这些情况下需要用另外的准则。 准
50、则准则 I稳态运行工况下额定转速时的振动幅值区域A：振动良好，可长期运行，新交付使用的机器验收区域。区域B：振动合格，可长期运行。 区域C：振动报警，可短期运行，必须采取措施。区域D：停机极限、危险，立即停机。 mnSpp/4800mnSpp/9000mnSpp/13200区域A/B限值：区域B/C限值：区域C/D限值：准则准则 II超过区域B限值的25，不论增大或减小都应查明变化原因。振动幅值变化量报警设定值为：基线值区域B上限值的25。 ISO79194 燃气轮机组的轴振动测量与评定燃气轮机组的轴振动测量与评定 ISO79195 水力发电机组的轴振动测量与评定水力发电机组的轴振动测量与评定