Transcript 一小时学会诊断机器故障 - 官网森德格Sendig 北京振通振动测量,状态

一小时学会机器故障诊断
陶洛文
工学博士，高级工程师
北京森德格科技有限公司
这个设备有没有问题？有什么问题？
7
6
设备振动烈度 mm/s
5
4
3
轴频？
2倍频？
3-10倍频？
？
2
用测振仪可
以很容易得
到的频谱图
1
0
轴频的倍数
频谱分析法
• 频谱分析法是最基本和最常用的故障诊
断方法。
• 每种故障有其对应的特征频率。
• 根据特征频率及其变化确定机器的故障
性质和严重程度。
转动机械常见故障的频率特征
故障名称
不平衡
转动特征
1×R
1×R
同步正进动
不对中
2×R
正进动
磁拉力
不平衡
2N×R
N 为磁极对数
永久弯曲
强
迫
振
动
类
故
障
频率特征
松 动
齿轮故障
滚动轴承
1×R, 2×R 等
也 有 1.5 × R,
2.5×R 等
啮合频率等于
齿数×R ，
边带频率…
外环故障…
内环故障…
滚珠故障…
同步正进动
正进动
故障名称
频率特征
油膜涡动 (0.4~0.49)×R
等于低阶固有
油膜振荡
频率
等于低阶固有
气隙振荡
频率
失稳前 0.5×R
内腔积液 失稳后为低阶
固有频率
失稳前 0.5×R
转子内阻 失稳后为低阶
固有频率
失稳前小于低
阶固有频率
径向摩擦
失稳后等于低
阶固有频率
失稳前小于低
阶固有频率
轴向摩擦
失稳后等于低
阶固有频率
转动特征
正进动
正进动
正进动
正进动
正进动
反进动
自
激
振
动
类
故
障
R: 转动频率
转子不平衡故障的频谱
TI
TO
轴向很小
透平
齿轮箱 风机
• 波形为简谐波，少毛刺。
• 轴心轨迹为圆或椭圆。
• 1X频率为主。
• 轴向振动不大。
• 振幅随转速升高而增大。
• 过临界转速有共振峰。
1X频率(铅垂
)
1X频率(水平
)
轴向很小
1X频率(铅垂
)
1X频率(水平
)
转子不平衡的类型
不平衡类型
特 征
消除措施
质量不平衡
低速晃动小
平衡
永久弯曲
低速晃动大
静态校直
热弯曲
振动随负荷增大，但有滞后
找出原因
部件位移或脱落
振动阶跃增加，然后稳定
停车检查
部件结垢
振动缓慢增加，轴向振动和轴
清垢
向推力增大，机器效率降低
联轴器不平衡
相邻轴承振动大，相位相同
平衡
转子不对中的类型
正确对中 e = 0,  = 0
平行不对中 e  0,  = 0
角度不对中 e = 0,   0
综合不对中 e  0,   0
转子不对中故障的频谱
MO
MI PI PO
2X 频率
电机
水泵
1X 频率
• 出现 2X 频率成分。
• 轴心轨迹成香蕉形或
8字形。
• 轴向振动一般较大。
• 本例中，出现叶片通
过频率。
叶片通
过频率
转子系统松动故障的频谱
PI PO
本例中最高
出现16X成
分
电机
水泵
• 波形出现许多毛刺。
• 谱图中噪声水平高。
• 出现精确的倍频2X，
3X…等成分。
• 松动结合面两边，
振幅有明显差别。
转速的精确
倍频成分
噪声水平高
松动故障引起的间入谐量
• 未松动时的
频谱
• 松动时的频
谱
出现0.5X，
1.5X，2.5X，
3.5X...等频
率成分
松动结合面两边振动差别大
50
40
38
不松动
松动！
25
松动！
5
18
8
35
15
12 10
不松动
齿轮故障的频谱
齿轮箱
BS
OU
上辊
输
入
轴
IS
啮合频率
GMF
OL
下辊
• 齿轮啮合频率GMF等于齿
数乘以齿轮转速频率。
• 齿轮啮合频率两边有边频，
间距为1X。
• 随着齿轮故障发展，边频
越来越丰富，幅值增加。
• 可用倒频谱作进一步分析。
下边频
2X
上边频
带滑动轴承的机械的频谱特点
12.5
Displacement in m pk to pk
油膜涡动、碰摩
10.0
不平衡
7.5
不对中
5.0
松动引起的谐波
2.5
0
0
2
4
6
8
10
Frequency in order
12
14
16
从油膜涡动发展到油膜振荡
转
子
转
速
r/min
涡动频率 c/min
相关产品 - S932高级分析仪
•中文Window菜单显示，操作更方便
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•12800线分辨率频谱，频率范围25kHz
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•高速记录起停车振值,幅值,相位,频谱
•标准数采器功能存储200测点,32K波形
•用硬件包络解调检测诊断轴承齿轮故
障
•转速测量、噪声测量、相位测量、相
位诊断
滚动轴承的振动
• 轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故
障诊断技术的重要内容。
• 旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占
30%。
• 轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质
量外，轴承的安装及装配质量影响很大。
滚动轴承的失效形式
• 疲劳点蚀 : 因受滚动压应力
• 磨损: 因受压力又有与内外座圈的相对滑动
• 腐蚀: 润滑油中的水分几其它化学物质产生
锈蚀
• 裂纹: 由于磨削或淬火时作用而产生
• 磨粒磨损: 由于磨屑作用而磨损
滚动轴承故障的特征频率
外环故障频率
d
内环故障频率
D
z
d
(1  cos  )  R
2
D
f 
z
d
(1  cos  )  R
2
D
f 
D
d 2

2
1

(
)
cos

  R
d 
D

滚珠故障频率
D—
d —
 —
z —
R —
f 
节圆直径
滚珠直径
接触角
滚珠数
轴的转速频率
保持架碰外环
f 
1
d
(1  cos  )  R
2
D
保持架碰内环
f 
1
d
(1 
cos  )  R
2
D
滚动轴承故障的频谱
PI
PO
1X
2X
电机
离心泵
• 轴承每一种零件有
其特殊的故障频率。
• 随着故障发展，它
的幅值增加，并有
谐波；谐波两边产
生边频。
• 还可用非频率域的
诊断方法，如共振
解调。
频
率
故障基本
频率6.71X
基本频率的
四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
Velocity in mm/s pk
3.0
不平衡
不对中
2.5
松动
2.0
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0
0
5
10
15
20 25 30 35 40 45 50×R
Frequency in order
倒频谱分析诊断法
• 倒频谱分析用于识别频谱图中的周期
结构
• 倒频谱的定义和有关的术语
• 倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿
轮的故障诊断
共振解调法
• 原理：故障所引起的
低频（通常是数百Hz
以内）冲击脉冲激起
了高频（数十倍于冲
击频率）共振波形，
对它进行包络、检波、
低通滤波（即解调），
会获得一个对应于低
频冲击的而又放大并
展宽的共振解调波形。
共振解调法的示意图
共振解调法的优点：
• 剔除了低频振动干扰
• 对于共振解调波，可作
频谱分析
最简单是看HFA 包络波有效值
• HFA<1
正常
• HFA>3
警惕
• HFA>10
危险
相关产品- S909Z系列轴承故障检测仪
• 双参数振动检测
• 测量高频包络值,
将低频率(不平衡、
不对中、松动等振
动滤除掉)，专用
于轴承齿轮监测
• 测量振动速度真
有效值, 用于和
ISO标准比较
三相感应电机的
电气故障诊断
www.sendig.com.cn
怎样识别电磁振动？
 观察断电前后振动幅值的变化:
如断电后振动立即消失，则是
电磁振动
资料来自www.sendig.com.cn
振动传感器如何安装？
诊断时，振动传感器应尽可能
径向安装在电机的外壳上，
而不是象诊断机械故障时那样
安装在轴承座上。
电机
用平衡法诊断定子绕组故障的
原理是什么？
 如果电机的输入电压是三相平衡的
（可以用电压表确认），那么其三相
电流也应该是平衡的。
怎样用谱分析法诊断转子绕组故障？
 如果转子回路有缺陷（如鼠笼断条、端
环开焊），则转子回路的电气不平衡会
通过电磁偶合对定子电流进行调制。调
制度的大小与转子电流的不平衡程度及
电机负载大小成正比。
在定子电流上会观察到调幅波,其载波
频率为电源频率f,调制波频率为2sf。
转子会感应出频率为sf的三相电流
（s为转差率，f为电源频率）
在频谱图中同时出现两个由2sf调制产生的谱峰，
其频率分别为f-2sf和f+2sf
•定子电流频谱中主峰与两个旁辨的幅值差：
正常时：>50dB（断条率<2%）
有断条：<45dB（断条率>4%）
•通常是用钳型电流表（带信号输出以便
连接仪器）和数据采集器定期对电机定
子电流进行监测，一旦上述幅值差小于
50dB，或与正常时比较有较大幅度的下
降，就应引起高度注意。
资料来自www.sendig.com.cn
•测量时要注意什么？
1)三相电源电压应比较稳定和平衡;
2)电机应接近满负载运行。
•如果发现三相定子电流有较大差别，
则应怀疑定子绕组有缺陷。最好先排
除定子异常，然后再诊断鼠笼状态。
资料来自www.sendig.com.cn
皮带故障
皮带转动频率BR＝(π*D)/皮带长度] *皮带轮转频；
皮带振动频率低于皮带轮转频；
共同特点：类似于不对中，轴向振动较大
平行不对中 角度不对中
振动数据采集器在设备点检和诊断中的具体应用
建立参数库
设置采集器
回收数据
数据分析
现场测量
打印报告
振动监测有哪些特征值？
• 位移峰峰值：正、负两方向间的最大振动距离
• 速度有效值：振动速度的均方根值，直接反映振动的
能量。一台设备上不同位置测量的速度有效值中最大
的一个称为该设备的振动烈度
• 加速度峰值：常用于评价滚动轴承和齿轮的状态
• 高频加速度包络有效值：滤掉了和转轴有关的各种低
频分量后的高频加速度包络的能量。它主要反映了滚
动轴承和齿轮有损伤时发生的冲击能量。
如何选择测量参数？
传感器如何安装？
安装方法及可用频率
范围(+/-3 可分贝极限 )
优
钢探杆： 1—1000Hz
铝探杆： 1—700Hz
附着快速
手持
磁座： 1—2000Hz
附着快速
手持
螺纹连接 :1—10000Hz
点
缺
点
频率范围有限
注意手持方法
频率范围有限机器
上须有铁磁性表面
该表面必须干净
可用频率范围宽 需有螺孔接头费时
测量重现性最佳 间
磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法
怎样选择测量点？
• 在状态监测工作中，应尽量在三个方向上进
行测量，至少在工作的初期应该如此。
• 低频振动常常具有方向性（如不平衡在水平
方向上，不同轴在轴向上，松动在垂直方向
上比较容易发生）。
• 测定点一经确定之后，就要经常在同
一点进行测定。这要求在测定点上作
出记号（如使用油漆或用钢针打出定
位孔）。尤其对于环境条件差的场合，
这一点更加重要，在测高频振动时，
曾经出现过测定点偏移几毫米后，测
定值相差6倍的情况。
振动多大算超标？
ISO2372振动质量评级标准
振动烈度(mm/s)
判断每种机器质量的实例
中型机器
大型机器
小型机器
45
45
28
28
18
18
11.2
不合格（D）
11.2
7.1
7.1 不合格（D）
4.5
合格（C）
4.5
2.8
2.8 合格（C）
1.8
良好（B）
1.8
1.12
1.12 良好（B）
0.71
0.71
0.45
0.45 优秀（A） 优秀（A）
0.28
〈15KW
15-75KW
透平机器
不合格（D）
不合格（D）
合格（C）
合格（C）
良好（B）
良好（B）
优秀（A）
〉75KW
优秀（A）
参考GB6075-85以及VDI2056,适用于转速在600-12000转/分的各种机器
设备状态的另一种振动评价标准
速度有效值
与应用的机型
气体透平机
（大于20,00HP）
（6-20,000HP）
（不大于5,000HP）
蒸气透平机
（大于20,00HP）
（6-20,000HP）
（不大于5,000HP）
压缩机
（活塞）
（高压）
（低压）
（冷冻机）
柴油发电机
新机器
旧机器（全速、满负荷）
折旧期长
折旧期短
日常监测
需大修
VdB mm/s VdB mm/s VdB mm/s VdB mm/s
138
128
118
7.9
2.5
0.79
145
135
130
18
5.6
3.2
145
140
135
18
10
5.6
150
145
140
32
18
10
125
120
115
1.8
1.0
0.56
145
135
130
18
5.6
3.2
145
145
140
18
18
10
150
150
145
32
32
18
140
133
123
115
123
10
4.5
1.4
0.56
1.4
150
140
135
135
140
32
10
5.6
5.6
10
150
140
140
140
145
32
10
10
10
18
155
145
145
145
150
56
18
18
18
32
速度有效值
新机器
旧机器（全速、满负荷）
折旧期长
折旧期短
日常监测
需大修
VdB mm/s VdB mm/s VdB mm/s VdB mm/s
与应用的机型
离心分离机
油液分离机
123
1.4
齿轮箱
（大于10,000HP）
120 1.0
（10-10,000HP）
115 0.56
（不大于10HP）
110 0.32
锅炉
120 1.0
汽车发动机
120 1.0
泵
（大于5HP）
123
1.4
（不超过5HP）
118 0.79
风扇
（小于1,800rpm）
120 1.0
（大于1,800rpm）
118 0.79
电动机
（大于5HP或小于1,200rpm） 108 0.25
（不超过5HP或大于1,200rpm） 103 0.14
变压器
（大于1KVA）
103 0.14
（小于或等于1KVA）
100 0.10
根据加拿大政府/海军-CDA/MA/NVSH
140
10
145
18
150
32
140
135
130
130
130
10
5.6
3.2
3.2
3.2
145
145
140
136
136
18
18
10
5.6
5.6
150
150
145
140
140
32
32
18
10
10
135
130
5.6
3.2
140
135
10
5.6
145
140
18
10
130
130
3.2
3.2
135
135
5.6
5.6
140
140
10
10
125
125
1.8
1.8
130
125
3.2
3.2
135
135
5.6
5.6
_
_
115
5.6
_
_
110 0.32
107 100db=0.1mm/s
120
115
1
0.56
最新国际标准 ISO-10816
是ISO-2372的升级版
• 对振动速度准则作了更细致的规定
• 增加了用振动位移评价设备健康状态的新准则
• 2001年以中国国家标准GB/T6075发布
• 遗憾的是，自公布以来推广和应用的情况并不
好。除了宣传不够外，缺乏方便的手段也是一
个重要原因
ISO 10816-3 设备类型1-4 速度标准
振动速度
mm/s
(均方根值)
11
7.1
4.5
3.5
2.8
2.3
1.4
第二、四组
刚性r
柔性F
第一、三组
刚性r
柔性F
振动烈度足以导致机器损坏
不宜连续运行
可长期运行
新交付的机器
ISO 10816-2 大型汽轮发电机组 速度标准
振动速度
mm/s
(均方根值)
11.8
11.8
10
10
8.5
8.5
7.5
7.5
5.3
5.3
3.8
3.8
2.8
2.8
转速(RPM )
1500
3000
振动足以导致机器损坏
不适合长时间连续运行
可长期运行
新交付的机器
功率大于50MW，额定工作转速范围为1500-1800r/min, 30003600r/min的陆地安装的大型汽轮发电机组
ISO 10816-3 设备类型1-4 位移标准
振动位移
μm
(峰_峰值)
396
320
255
158
102
79
62
51
51
31
第四组
刚性r
第三组
柔性F 刚性r 柔性F
振动烈度足以导致机器损坏
不宜连续运行
可长期运行
新交付的机器
振动位移
第二组
第一组
μm
(峰_峰值) 刚性r 柔性F 刚性r 柔性F
振动烈度足以导致机器损坏
396
320
255
不宜连续运行
201
161
127
可长期运行
105
82
62
新交付的机器
标准10816-3 适用于功率大于15kW运行转速
120r/min 1500r/min的机组，例如。
• 功率小于50MW的汽轮机；
• 汽轮机组功率大于50MW转速低于1500r/min 或
高于3600 r/min （ISO 10816-2以外的机组）；
• 旋转式压缩机；
• 功率不大于3MW的工业燃气机轮；
• 离心式、混流式或轴流式泵；
• 除水力发电机组或泵站以外的发电机；
• 各种类型的电动机；
• 鼓风机或风机。
设备类型
• 1组：额定功率大于300KW的大型机器；轴高大于等于315mm的
电机。这类机器通常具有滑动轴承。运行或额定转速范围相对较
宽，从120rpm至15,000rpm.
• 2组：中型机器其额定功率大于15KW,小于或等于300KW;轴高
160mm<H<315mm的电机。这类机器通常具有滚动轴承并运行
转速超过600rpm.
• 3组：额定功率大于15kW多叶片叶轮并与原动机分开连接的泵
（离心式、混流式或轴流式）。这组机器通常具有滑动轴承或滚
动轴承。
• 4组：额定功率大于15kW多叶片叶轮与原动机成一体（共轴）的
泵（离心式、混流式或轴流式）。这组机器几乎都用滑动轴承或
滚动轴承。
关于刚性支承 和 柔性支承
• 支承条件取决于机器与基础柔度之间的相互关系。如
在测量方向上机器与支承系统组合的最低自振频率至
少大于旋转频率的25%，则支承系统在该方向上可看
作刚性支承。所有的其他支承系统都可看作柔性支承
系统。
• 作为典型的例子，大中型电动机在低转速时通常具有
刚性支承，而功率大于10MW的汽轮机以及立式机器
装置通常具有柔性支承。
• 在某些情况下，支承部件可能在某一测量方向上为刚
性而在其他方向为柔性。例如在垂直方向自振频率可
能大于旋转频率而水平方向自振频率明显低于旋转频
率，这种系统在垂直面为刚性而在水平面为柔性，在
这种情况下振动可以按照对应于测量方向上的支承种
类来评价。
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红外测温、测振、测轴承、最新国际标准
红黄绿灯 显示检测结果
用ISO-10816评价设备健康状态的好工具
• 内置ISO10816-2/3标准，可以选择6种设备类型
• 测量振动速度和位移后用红黄绿灯显示4种结论
• 测量包络值后红黄灯显示滚动轴承和齿轮故障状
态， Env >2时，黄灯亮，表示有缺陷；>6时，
红灯亮，表示有严重缺陷
• 红外线非接触测量轴承表面温度，快速！准确！
相对法确定振动限值
1 2 3 4 5 6
7 8
旋转机械
滑动轴承
滚动轴承
齿 轮
报警值 ＝(2~3)  正常值
危险值 ＝(4~6)  正常值
相对判断方法
• 在设备运行状态比较良好的时候（新安装
好或大修后能够确认工作状态良好时）用
测振仪连续对确定的测点进行多次测量
（最好能测20次以上，每次测量最好能间
隔一段时间，传感器也应取下后再放上）。
然后计算其平均值。
常用的平均方法：
• 先求出N次测量的算术平均值
Vm = (V1 +V2+… +VN)／N
• 报警限VT为算术平均值 Vm的3～10倍，即：
Vt=K · Vm , K=3～10
另一种平均方法：
• 计算N次测量的算术平均值Vm和均方根值Vs:
Vm = (V1 +V2+…+VN)／N
Vs = (V1-Vm)2+(V2-Vm)2+ . . . +(Vn-Vm)2 ／N

测量报警限 Vt= Vm + kVs , k=2～5
k 根据设备的使用环境、工况变化范围、对
设备 振动的要求严格程度、设备的价格等来
确定。
• 需要说明的是，每次测
量时的工况（如负载，
转速等）应尽可能一致，
并在以后的监测中也尽
可能在该工况下测量。
类比判断方法
• 即与相同类型、相同工况和使用环
境的设备比较，以哪些设备的正常
振动值算出待测设备的报警限。
百变S956
最适合现场携带的诊断仪/动平衡仪
• 仪器直接置于便携
式加固仪器箱内，下
面是仪器，上面放置
传感器等配件。
• 每次测完不需拆线,
到现场不需连线，开
箱盖马上就可以测量
• 8寸真彩色大触摸屏,
诊断信息一目了然
•电池连续供电6-8小
时
• 标准USB口,可连接U
盘,键盘,外置显示器
带ISO-10816的振动分析诊断仪
选择机器类型，测量后，直接用红黄绿灯显示结论
带平均能力的连续测量可以得到更精确的频谱
数采器功能一点不少
独有的长期数据记录功能
把所有软件带到现场
精密诊断专家系统
SDES
状态监测软件MCM3
单双面动平衡仪：一目了然
神奇的S956自动诊断仪
第一步：选择设备结构，输入设备基本参数
神奇的S956自动诊断仪
第二步：传感器在设备不同位置测量振值和频谱
神奇的S956自动诊断仪
第三步：直接获得诊断书，
更可自动生成WORD格式诊
断报告，以便和专家会诊
还有噪声分析仪！
数采器配套软件介绍
树状结构管
理被监测设备
总厂、分厂、
车间、设备
等多层管理
有问题
测点
有问题
数据
设备简图
兼容多种型号数采器
• 数采器振值数据的回收
– 数据回收
– 回收报告
其他功能
监测分析报告
•
回收数据时对下列数据比较2级报警限：
4种参数（A、V、D、H）振值
百线频谱；
•
巡检路径中的未测点报告；
•
巡检路径外的额外测点报告；
•
同一天数据重复回收的提示；
•
各级监测设备数、周期、实施情况等的统计
回收波形文件
波形回收程序首先列出数采器中的波形目录，波形
默认存储在系统安装目录的WaveFile子目录下
测点百线频谱倍频数据和多条实测谱线比较
倍频
光标
多条实测
谱线比较
倍频
数据
• 三维频谱分析
同一频率不同
日期的曲线
对重叠曲线有消隐功能
测点趋势分析
可以按四种报
可以有直线、和二次曲线两种拟合方式 警变量选择
可选择起
始日期
打印到作
图工具
数据、图形的打印
MCM3 提供了丰富的打印报告功能
频谱分析 – 波形浏览器
故障诊断专家系统
建立和编辑
设备描述文件
建立和编辑齿轮描述文件
滚动轴承数据库
滚动轴承数据库：参数编辑
滚动轴承数据库：常用型号提取
滚动轴承数据库：中外型号对照
可以编辑SDES生成的诊断报告
陶洛文
工学博士，教授，高级工程师
北京森德格科技有限公司
电话：13801220615，82895321
邮箱: [email protected]
QQ：347851336
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