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1、设备状态监测与故障诊断技术设备状态监测与故障诊断技术 应用讲座应用讲座应用讲座应用讲座新西兰况得实仪器有限公司北京代表处新西兰况得实仪器有限公司北京代表处新西兰况得实仪器有限公司北京代表处新西兰况得实仪器有限公司北京代表处个人简介个人简介吕志远吕志远吕志远吕志远毕业于昆明理工大学旋转设备状态监测与故障诊断专业毕业于昆明理工大学旋转设备状态监测与故障诊断专业曾供职于某大型冶金企业，负责集团公司内大型旋转设备的状态监测与故障分析诊断工作。曾供职于某大型冶金企业，负责集团公司内大型旋转设备的状态监测与故障分析诊断工作。获得ISO-18436.2 二级国际振动分析师认证获得ISO-18436.2 二级
2、国际振动分析师认证应用工程师应用工程师ill ill emaemail il: zy: zyl lv 公司电话：+86 10 85715200公司电话：+86 10 85715200公司传真：+86 10 85715211公司传真：+86 10 85715211移动电话：+86 13811509526移动电话：+86 13811509526公司网址：公司网址：致力于设备健康监测与预测性维护致力于设备健康监测与预测性维护1.设备状态监测设备状态监测以以监测监测设备振动设备振动发展趋势发展趋势为手段的设为手段的设以以监测监测设备振动设备振动发展趋势发展趋势为手段的设为手段的设 备运行备运行状态预报
3、状态预报技术。技术。Alarm Types - Numeric Alarm - Keypad Entry - Vibration Vel (mm/s)33.544.52.设备故障诊断设备故障诊断local date/time2005-9-13 12:55:472005-9-13 12:56:252005-9-13 12:57:092005-9-13 12:58:222005-9-13 12:59:012005-9-13 12:59:39mm/s00.511.522.5以以分析分析设备振动设备振动主要特征主要特征为手段的设为手段的设Numeric Data Alarm, 警告, 3.5 mm/s
4、 Vibration Vel (mm/s)Vibration Vel (mm/s)备运行备运行故障诊断故障诊断技术。技术。故障诊断的主要步骤故障诊断的主要步骤1信号的采集信号的采集：设备运行或发生故障时，会伴随各种状态信设备运行或发生故障时，会伴随各种状态信 号出现，它们是故障信息的载体，采集包含故障 信息的信号是设备诊断技术的首要环节。采用合号出现，它们是故障信息的载体，采集包含故障 信息的信号是设备诊断技术的首要环节。采用合 适的传感器和测量方法（包括传统诊断）来采集 信号十分重要。适的传感器和测量方法（包括传统诊断）来采集 信号十分重要。2.故障识别故障识别：获得有用的设备信息后，需要经
5、过与标获得有用的设备信息后，需要经过与标 准或样板模式进行对比准或样板模式进行对比，才能确定或判断设备才能确定或判断设备准或样板模式进行对比准或样板模式进行对比，才能确定或判断设备才能确定或判断设备 处于何种状态。该过程以识别技术作为理论基处于何种状态。该过程以识别技术作为理论基 础础。在简易诊断中可以参照某些标准在简易诊断中可以参照某些标准，结合已结合已础础。在简易诊断中可以参照某些标准在简易诊断中可以参照某些标准，结合已结合已 有的知识和经验，即可做出判断。有的知识和经验，即可做出判断。 在精密诊断中在精密诊断中，通过计算机技术和各种通过计算机技术和各种在精密诊断中在精密诊断中，通过计算机
6、技术和各种通过计算机技术和各种 分析技术，对设备做出判断。分析技术，对设备做出判断。振动分析预备知识振动分析预备知识1.一些基本术语1.一些基本术语1 1学科概念学科概念1.1学科概念学科概念? ? 诊断诊断:包括包括“诊诊”和和“断断”二”二个方面个方面：诊断诊断:包括包括诊诊和和断断个方面个方面：“诊”“诊”:收集相关的信息，收集相关的信息，对设备运行状态进行了解。对设备运行状态进行了解。“断”“断”:对故障性质、程度、类别、部位、原因做出对故障性质、程度、类别、部位、原因做出 判断判断，给出故障原因及解决措施给出故障原因及解决措施。判断判断，给出故障原因及解决措施给出故障原因及解决措施。
7、所有运行中机械设备都会产生振动：所有运行中机械设备都会产生振动：往复作用力（平衡、对中、轴承损坏等故障）往复作用力（平衡、对中、轴承损坏等故障）力 振动 刚性振动的本质振动的本质力与刚性相作用的结果力与刚性相作用的结果振动的本质振动的本质力与刚性相作用的结果力与刚性相作用的结果刚性振动的本质振动的本质：力与刚性相力与刚性相互互作用的结果作用的结果。振动的本质振动的本质：力与刚性相力与刚性相互互作用的结果作用的结果。3.机械振动的描述机械振动的描述1）时域描述：）时域描述：指随时间变化的物理量（时间作 为独立变量，横坐标为 t）。它 只能反应信号幅值及相位随时 间变化的特征。不能指示频率组 成成
8、份。 分。2）频域描述：）频域描述：把时域信号通过频谱分析变成频 域信号（频率作为独立变量，横 坐标为频率，纵坐标为幅值或相 位）。有了频域的描述，就可以 知道信号频率结构和各种频率成 分的幅值大小。即:频谱分析。频谱分析。振动的波形与频谱振动的波形与频谱 及及振动的波形与频谱振动的波形与频谱 及及FFTFFT变换变换变换变换每秒旋转每秒旋转5周周每秒旋转每秒旋转5周周频率频率5Hz下图两相邻峰间的时间 就是周期：下图两相邻峰间的时间 就是周期：0.2秒秒F1/T5Hz转速转速300RPM300CPM转速转速300RPM300CPM频率的阶次（倍频）频率的阶次（倍频）传感器过载传感器过载:滑冰
9、坡滑冰坡/可能高频振动频率可能高频振动频率传感器松动传感器松动/异常谐波异常谐波:滑冰坡滑冰坡/谐波共振谐波共振量程设定错误量程设定错误: 自动自动/手工再设置手工再设置削波削波(注意区别转子或联轴器故障削波注意区别转子或联轴器故障削波)削波削波(注意区别转子或联轴器故障削波注意区别转子或联轴器故障削波)滚动轴承的故障及识别滚动轴承的故障及识别1概述概述 滚动轴承是旋转机械中最常用部件之一滚动轴承是旋转机械中最常用部件之一， 也是容易产生故障的部件。一般转机都是在匀 速状态下运行的用故障特征频率来识别滚动用故障特征频率来识别滚动速状态下运行的，用故障特征频率来识别滚动用故障特征频率来识别滚动
10、轴承的故障是目前简单有效的方法。轴承的故障是目前简单有效的方法。2滚动轴承故障特征频率滚动轴承故障特征频率2滚动轴承故障特征频率滚动轴承故障特征频率润滑与安装良好的滚动轴承润滑与安装良好的滚动轴承，产生故障的时候产生故障的时候，可可润滑与安装良好的滚动轴承润滑与安装良好的滚动轴承产生故障的时候产生故障的时候可可 能会有内外滚道的缺陷、滚动体（滚珠或滚柱）缺陷和 保持架缺陷。滚动体通过缺陷位置时，发生冲击而产生能会有内外滚道的缺陷、滚动体（滚珠或滚柱）缺陷和 保持架缺陷。滚动体通过缺陷位置时，发生冲击而产生 周期性故障冲击脉冲周期性故障冲击脉冲冲击发生的周期冲击发生的周期由产生缺陷的由产生缺陷的
11、周期性故障冲击脉冲周期性故障冲击脉冲。冲击发生的周期冲击发生的周期，由产生缺陷的由产生缺陷的 部位所决定。因此，通过测量缺陷引起的频率，可以识部位所决定。因此，通过测量缺陷引起的频率，可以识 别缺陷发生的部位别缺陷发生的部位别缺陷发生的部位别缺陷发生的部位。1)保持架故障特征频率保持架故障特征频率 根据轴承的几何尺寸根据轴承的几何尺寸可以很容易求出保持架可以很容易求出保持架根据轴承的几何尺寸根据轴承的几何尺寸，可以很容易求出保持架可以很容易求出保持架 的故障特征频率的故障特征频率fc为：为：dRdR+ =cos160cos16021 DdRDdRfpmopmi c其中：其中：D轴承节圆直径轴承
12、节圆直径; d滚动体直径滚动体直径N滚动体个数滚动体个数; 接触角接触角Rpmi、 Rpmo分别为内、外钢圈转分别为内、外钢圈转dpmipmo速（速（rpm）提示提示：具体参数可以参考轴承手册具体参数可以参考轴承手册。D提示提示具体参数可以参考轴承手册具体参数可以参考轴承手册D保持架出现故障的频谱示意图保持架出现故障的频谱示意图保持架出现故障的频谱示意图保持架出现故障的频谱示意图2）内、外环故障的特征频率（假定外）内、外环故障的特征频率（假定外 环不动）环不动）dRNi提示提示：如果轴承内部尺如果轴承内部尺 +=cos1602DdRNfpmi i提示提示如果轴承内部尺如果轴承内部尺 寸不清，可
13、由下 面的公式近似计寸不清，可由下 面的公式近似计 算算1dRNfpmi算算:pmiRf=cos1602DdNfpmi o606 . 0pmi iNf604 . 0pmi oRNf60内环出现故障的频谱示意图内环出现故障的频谱示意图外环出现故障的频谱示意图外环出现故障的频谱示意图外环出现故障的频谱示意图外环出现故障的频谱示意图外环和转子不平衡故障频谱示意图外环和转子不平衡故障频谱示意图（3）滚动体的故障特征频率）滚动体的故障特征频率 提示提示：负号表示滚动体与钢圈旋转方向相反负号表示滚动体与钢圈旋转方向相反提示提示：负号表示滚动体与钢圈旋转方向相反负号表示滚动体与钢圈旋转方向相反。1dDRi=
14、2)cos(16021Dd dDRfpmi b(4)滚动轴承润滑脂加注量计算滚动轴承润滑脂加注量计算G = 0.005DB其中其中G 润滑脂加注量润滑脂加注量（ ）其中其中：G润滑脂加注量润滑脂加注量（g）D轴承外径轴承外径（mm）轴承外径轴承外径B轴承厚度轴承厚度(mm) 滚动体故障频谱示意图滚动体故障频谱示意图滚动体故障频谱示意图滚动体故障频谱示意图景兴纸业15wt纸浆泵 - p1 - Horizontal - Vel 频率 1000 Hz纸浆泵轴承钢球故障案例景兴纸业15wt纸浆泵 p1 Horizontal Vel 频率 1000 Hz 2008-3-18 11:27:33mm/s r
15、ms)13O/All 12.279 mm/s rmsPower (m05BEP BSF457315mm/s rms23FFF017315BEP BSF7315BEP BSF7315BEP BSF7315BEP BSF7315BEP BSFHz01002003004005006007008009001,0002008-3-18 11:27:33O/All 12.279 mm/s rms1480 RPM2008-3-18 11:27:33O/All 12.279 mm/s rms1480 RPM频率某水厂清水泵轴承跑套故障案例pump01 - P1 - Vertical - Vel 频率 500 Hz 2008/3/7 14:04:020.220.24O/All 0.514 mm/s rms6313 BPFO0.160.180.2mm/s rms0.120.140.160.060.080.16313 BPFOPFO0.020.046313 BPFO6313 BPFO6313 BPFO6313 BPHz05010015020025030035040045050002008/3/7 14:04:02O/All 0.514 mm/s rms 975 RPM2008/3/7 14:04:02O/All 0.514
