設(shè)備故障診斷技術(shù)及振動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

 設(shè)備故障診斷技術(shù)及振動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 

一、設(shè)備故障診斷 

 設(shè)備故障診斷技術(shù)是以了解和掌握設(shè)備使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常或異常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障及判斷發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。通俗地說給設(shè)備“看病”的技術(shù)。 

 這里所指的設(shè)備可以是動(dòng)態(tài)的如各種回轉(zhuǎn)機(jī)械也可以是靜態(tài)的如容器、管道、閥門，還包括電器設(shè)備設(shè)施。 

 設(shè)備故障診斷技術(shù)屬于信息技術(shù)范疇，它是利用被診斷的對(duì)象所提供的一切有用的信息，經(jīng)過分析處理以獲得*能識(shí)別設(shè)備狀態(tài)的特性參數(shù)，以便做出正確的診斷結(jié)論。信息通常有三個(gè)主要環(huán)節(jié)：1）信息的采集2）信息的分析處理3）狀態(tài)識(shí)別、判斷和預(yù)報(bào)。這三個(gè)環(huán)節(jié)是連貫的且是相互關(guān)聯(lián)的。 

 信息技術(shù)并不等于診斷技術(shù)，使信息技術(shù)能更好為設(shè)備診斷服務(wù)需有二方面的知識(shí)面1）關(guān)于設(shè)備故障或失效機(jī)理的知識(shí)2）關(guān)于被診斷設(shè)備的知識(shí)如設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝、運(yùn)行、維修等多方面的知識(shí)。未對(duì)被診斷設(shè)備的透徹了解，單一信息分析也難以達(dá)到**正確的診斷。 

隨科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的先進(jìn)性不斷**，從而設(shè)備的操作技術(shù)日趨簡(jiǎn)單，但維修技術(shù)特別是早期故障診斷已顯得十分重要。同時(shí)設(shè)備故障的多樣化及復(fù)雜性，需要作綜合分析，已不能用一、二種方法解決所有設(shè)備的診斷。 

 設(shè)備診斷技術(shù)的應(yīng)用目的在于將設(shè)備的故障管理從傳統(tǒng)的以個(gè)人或少數(shù)人的感觀對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷上升到運(yùn)行信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到設(shè)備維修管理有質(zhì)的上升。盡量避免或減少設(shè)備事故，降低停機(jī)率，降低維修成本，避免過度維修及失修，使設(shè)備設(shè)施能在**、可靠、保護(hù)環(huán)境和節(jié)能的情況下運(yùn)行。 

 設(shè)備故障診斷技術(shù)只有與先進(jìn)的設(shè)備管理體制和維修技術(shù)結(jié)合才能發(fā)揮其更大的優(yōu)越性。 

 設(shè)備診斷與醫(yī)學(xué)診斷對(duì)比

設(shè)備診斷與醫(yī)學(xué)診斷對(duì)比醫(yī)學(xué)診斷方法	設(shè)備診斷方法	原理及特征信息
中醫(yī)：望、聞、問、切 西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅	聽、摸、看、聞	通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變化來(lái)診斷
聽心音、做心電圖	振動(dòng)與噪聲測(cè)量	通過振動(dòng)大小及變化規(guī)律來(lái)診斷
量體量	溫度測(cè)量	視察溫度變化
驗(yàn)血、驗(yàn)?zāi)?	油液分析	觀察物理化學(xué)成分磨粒形態(tài)的變化
量血壓	壓力應(yīng)變測(cè)量	觀察壓力/應(yīng)力變化
X光檢查、超聲波查	非破壞性檢查、監(jiān)察	觀察內(nèi)部機(jī)體缺陷
問病史	查閱技術(shù)檔案	找規(guī)律、查原因、作判斷

二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與設(shè)備診斷技術(shù)

 機(jī)械故障診斷的基本方法分類，一是按機(jī)械故障診斷方法的難易程度分類，可分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法；二是按機(jī)械故障診斷的測(cè)試手段來(lái)分類，主要分為直接觀察法、振動(dòng)噪聲測(cè)定法、無(wú)損檢測(cè)法、磨損殘余物測(cè)定法、機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法。 

 機(jī)械故障診斷中常用根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出一般機(jī)械設(shè)備劣化進(jìn)程的規(guī)律曲線（曲線的形狀類似浴盆的剖面線，被稱為浴盆曲線）。橫軸包括1、磨合期 2、正常使用期 3、耗損期 ；軸包括1、綠區(qū)（故障率*低，表示機(jī)器處于良好狀態(tài)）2、黃區(qū)（故障率有抬高的趨勢(shì)，表示機(jī)器處于警械注意狀態(tài)）3、紅區(qū)（故障率已大幅上升的階段，表示機(jī)器處于嚴(yán)重或危險(xiǎn)狀態(tài)，要隨時(shí)準(zhǔn)備停機(jī)） 

 狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常指通過測(cè)定設(shè)備的某個(gè)較低為單一的特征參數(shù)，（如振動(dòng)、溫度），來(lái)檢查其狀態(tài)是正常或異常及其嚴(yán)重程度。當(dāng)達(dá)到某一設(shè)定值（極限值）就應(yīng)停機(jī)檢修。狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常用較簡(jiǎn)單的，容易使用者掌握的儀器。也被稱為簡(jiǎn)易診斷。與點(diǎn)檢相結(jié)合能達(dá)到較好的效果。 

 設(shè)備診斷技術(shù)不僅要檢查設(shè)備狀態(tài)是正常或異常，還要對(duì)設(shè)備故障的原因、部位以致嚴(yán)重程度作深入分析做出判斷。定量掌握設(shè)備的狀態(tài)。也被稱為精密診斷。 

正確處理簡(jiǎn)易診斷和精密診斷的關(guān)系在設(shè)備診斷應(yīng)用中至關(guān)重要。設(shè)備診斷技術(shù)適合應(yīng)用于 

1、重大關(guān)鍵設(shè)備，包括無(wú)備用的主要設(shè)備。 

2、不能接近檢查、不能解體檢查的設(shè)備 

3、維修困難、維修成本高的設(shè)備 

4、沒有備品備件或備品備件價(jià)格昂貴的設(shè)備 

5、從人身**、環(huán)境保護(hù)等方面考慮，必須用診斷技術(shù)的設(shè)備。

三、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 

 在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)中，特別是回轉(zhuǎn)機(jī)械中；振動(dòng)監(jiān)測(cè)是*普遍應(yīng)用的基本方法。當(dāng)機(jī)械內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，通常情況下都會(huì)伴隨出現(xiàn)振動(dòng)加大及性能的變化。可以在不停機(jī)或解體的條件下，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和分析，診斷機(jī)械的劣化程度及故障特征。 

振動(dòng)的定義：物體或某種狀態(tài)隨著時(shí)間往復(fù)變化的現(xiàn)象 

 表示振動(dòng)的三大要素：振幅、頻率、相位 概括為能量。回轉(zhuǎn)機(jī)械中，振動(dòng)法*實(shí)用有效，輔之以可結(jié)**用油分析 

振動(dòng)的分類：1、按規(guī)律：簡(jiǎn)諧振動(dòng)（周期振動(dòng)）；非簡(jiǎn)諧振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)（非周期振動(dòng)） 

            2、按產(chǎn)生原因：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)和參變振動(dòng)等 

            3、按自由度：?jiǎn)巫杂啥认到y(tǒng)、多自由度系統(tǒng)和彈性振動(dòng) 

            4、按振動(dòng)位移特征：角振動(dòng)和直線振動(dòng) 

            5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)：線性振動(dòng)和非線性振動(dòng) 

在機(jī)械故障診斷中，著重關(guān)注振動(dòng)規(guī)律和產(chǎn)生原因兩項(xiàng)內(nèi)容。 

 自激振動(dòng)指在非線性機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)，由非震蕩能量轉(zhuǎn)換為震蕩激勵(lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)。自激振動(dòng)是在沒有外激勵(lì)作用的條件下產(chǎn)生的。特征：1、隨機(jī)性。2、振動(dòng)系統(tǒng)非線性特征較強(qiáng)時(shí)才足以引發(fā)自激振動(dòng)，使振動(dòng)系統(tǒng)所具有的非周期能量轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)振動(dòng)能量。3、自激振動(dòng)與轉(zhuǎn)速不成比例。4、轉(zhuǎn)軸存在異步渦動(dòng)。5、振動(dòng)波形在暫態(tài)階段有較大的隨機(jī)振動(dòng)成分，而穩(wěn)態(tài)時(shí)，波形是規(guī)則的周期振動(dòng)，與一般的強(qiáng)迫振動(dòng)近似的正弦波有區(qū)別。常見故障中有喘振、油膜振蕩 

強(qiáng)迫震動(dòng)是受外力作用下被迫的產(chǎn)生一種震動(dòng)．強(qiáng)迫震動(dòng)必須是被動(dòng)的．特征： 

1、物體在簡(jiǎn)諧力作用下產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)也是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)頻率與激勵(lì)力頻率相等。2、振幅B的大小除了與激勵(lì)力大小成正比，與剛度成反比外，還與頻率比。阻尼比有關(guān)。3、物體位移達(dá)到*大值的時(shí)間與激勵(lì)力達(dá)到*大值的時(shí)間是不同的，兩者之間存在有一個(gè)相位差。常見故障中有不對(duì)中、軸彎曲、齒輪缺陷、不平衡、機(jī)械松動(dòng)、軸承故障、皮帶傳動(dòng)故障。。。等。 

1、有關(guān)振動(dòng)的基本參數(shù)： 1）振幅：代表振動(dòng)的大小與設(shè)備或機(jī)械組件損壞的嚴(yán)重程度。 振幅的單位有：位移值（m或mm）；常用于固定型非接觸式位移量測(cè)；；低頻（或低轉(zhuǎn)） 量測(cè)時(shí)使用；

速度值（mm/sec）；普遍使用于各種機(jī)械之振動(dòng)量測(cè)；不論高頻或低頻皆適用；.ISO標(biāo)準(zhǔn)所使用的單位（RMS值）。 

加速度值（cm/s2 g）：高頻檢測(cè)時(shí)使用；*常使用于軸承檢測(cè)；振動(dòng)沖擊能量之檢測(cè)。 

  振動(dòng)的幅值： 

①、峰值； 單峰（p）、雙峰(p-p)、 

②、平均值 半周期內(nèi)的加權(quán)平均值X(av) 

③、均方值 振動(dòng)能量的平均值X) 

④有效值 均方值的平方根X(rms ) 

2）頻率：代表振動(dòng)的成因，分析設(shè)備或機(jī)械組件振動(dòng)損壞的要素之一。 頻率的單位有：每秒發(fā)生次數(shù)（Hz或CPS）、每分鐘發(fā)生次數(shù)（CPM） 

3）相位：代表測(cè)點(diǎn)間振動(dòng)的相互關(guān)系，設(shè)備或機(jī)械組件的「運(yùn)轉(zhuǎn)模態(tài)」。 相位的單位為：相位：相位相同時(shí)產(chǎn)生合拍共振，相位相反時(shí)消振 

4）、能量：代表振動(dòng)的破壞力，設(shè)備或機(jī)械組件損壞的「沖擊狀況」。 計(jì)算振幅時(shí)需以均方根值（rms）表示

2、振動(dòng)的測(cè)試： 

   量標(biāo)和量值的選用： 

   量標(biāo)：位移、速度、加速度 

   位移：應(yīng)用于低頻（如橋梁、建筑、構(gòu)件）；高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)旋轉(zhuǎn)精度要求較高的場(chǎng)合 

   速度：應(yīng)用于評(píng)定設(shè)備的振動(dòng)強(qiáng)度 

   加速度：應(yīng)用于高頻振動(dòng)、寬頻寬的測(cè)量及沖擊試驗(yàn)。 

   量值：峰值、有效值、平均值 

   （有效值反映振動(dòng)能量大小；同時(shí)兼顧振動(dòng)時(shí)間的歷程。 在評(píng)定機(jī)械振動(dòng)的量級(jí)主要用速度及加速度） 

3、機(jī)械振動(dòng)分類

1）機(jī)械設(shè)備分類（振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)需求，參照ISO標(biāo)準(zhǔn)10816.3） 

I類：小型機(jī)械，15KW以下電機(jī) 

II類：中型機(jī)械，15-75KW電機(jī)A 

III類：剛性安裝的大型機(jī)械等 

IV類：柔性安裝的大型機(jī)械等 

V類：剛性安裝的往復(fù)機(jī)械等 

VI類：柔性安裝的往復(fù)機(jī)械等 

說明：振動(dòng)評(píng)定以I類機(jī)械為準(zhǔn)，類別之差為1.6倍（4dB）。即I類X1；II類X1.6； 

III類X2.5；IV類X4；V類和VI類可適當(dāng)放寬，分別X6.5。 

2）振動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)：

3）機(jī)械設(shè)備振動(dòng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):

4）旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)產(chǎn)生故障分析

RPM：每分鐘轉(zhuǎn)速 

四、振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集及分析： 

 振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集主要用測(cè)振動(dòng)儀。在簡(jiǎn)易診斷中一般采用接觸式手持振動(dòng)儀。可直觀顯示位移、速度、加速度。如果設(shè)定了許可值，在超出時(shí)將會(huì)報(bào)警。 

 只有簡(jiǎn)易診斷中發(fā)生的異常難以作出判斷，需進(jìn)行頻譜分析時(shí)才使用精密測(cè)振分析儀。由于儀器價(jià)格高、并對(duì)使用者需有較高的專業(yè)知識(shí)。通常由專業(yè)分析機(jī)構(gòu)完成。 

 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)O振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集點(diǎn)每次應(yīng)相同，只有這樣前后的數(shù)據(jù)才有可比性。采集點(diǎn)的設(shè)置要合理，如回轉(zhuǎn)機(jī)械至少在徑向垂直和水平成90度角各取一點(diǎn)。有條件時(shí)軸向取一點(diǎn)。

測(cè)點(diǎn)的表面狀態(tài)很能重要，應(yīng)平整可接觸良好。數(shù)值要求為三次測(cè)量的平均值。 

 簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析采用比較法：**判斷；1）對(duì)比與原始數(shù)據(jù)變化。此數(shù)據(jù)可以在設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后檢測(cè)取得，也可在磨合期結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)取得。2）對(duì)照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，如ISO1372，ISO10816-3；ISO7919.3-2009；國(guó)標(biāo)GBT11348；GBT6404；JBT10490。。。等。 相對(duì)判斷：1）譜圖分析；簡(jiǎn)易診斷中可比對(duì)典型譜圖。2）多臺(tái)同類設(shè)備比較。有條件建議同時(shí)采用**判斷和相對(duì)判斷。 

 檢測(cè)周期：初期可按機(jī)械分類選擇較合理的周期，目前較多采用的是結(jié)合在精密點(diǎn)檢，對(duì)故障頻率相對(duì)較高的也可結(jié)合在一般點(diǎn)檢內(nèi)容內(nèi)。在有資料結(jié)累基礎(chǔ)上，通常依據(jù)過去異常的履歷或異常周期及設(shè)備劣化的速度。可以取歷史異常周期的1/8至1/10。當(dāng)數(shù)值發(fā)生變化進(jìn)入劣化開始上升區(qū)域必須加密檢測(cè)次數(shù)。