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往复压缩机故障分析和管道振动周昌静中国石油大学2二往复压缩机状态监测与故障诊断设备故障诊断的功能和环节1.功能①检测评价设备运动、缺陷、磨损、劣化和故障状态②确定设备故障性质、类型、程度、部位及发展趋势预测设备可靠性程度③确定故障来源，提出整改措施2.环节①信号采集——传感器（人体感觉器官）采集设备运行参数反映设备故障特性②信号处理——分析仪器加工处理采集信息，提取特征信息反映故障状态、性质、类型和程度③故障诊断——人的知识经验或诊断技术方法分析诊断故障原因确定故障类型和发生部位④防治控制——确定故障提出控制方案或预防治理措施2020年2月13日11时9分2163设备故障诊断的功能和环节2.环节二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分2164状态监测的技术和方法振动信号监测诊断技术：振动主要故障原因，信号包含状态信息，转换电信号便于处理分析声信号监测诊断技术：噪声诊断、超声波诊断和声发射诊断技术温度、压力信号监测诊断技术：温度、压力直接测量技术润滑油的分析诊断技术：油品理化性能分析技术、油样含磨损金属颗粒铁谱分析技术和光谱分析技术二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分21651信息比较诊断法采集存储振动幅值、频率、相位、转速、位移、模态、温度、压力流量等参数信息，建立数据库，趋势分析比较等2参数变化诊断法改变操作参数，测量分析参数变化信号特征结合参数门槛值（闭值），观察机器故障有关因素3模拟试验诊断法模拟试验，研究未知或不确定的故障机理和特征，解答故障原因提出故障特征参数及参数间定量关系等注意模型与对象相似条件4函数诊断法故障征兆和原因间存在函数关系，计算设备运行参数预测或识别设备故障5故障树分析诊断法（FaultTreeAnalysis，FTA法）以系统不希望故障状态出发（顶事件）按照逻辑关系总体到部件逐级细化，推理分析故障原因确定故障最初原因、影响程度和发生概率（底事件）二往复压缩机状态监测与故障诊断故障诊断方法2020年2月13日11时9分21666模糊诊断法确定故障原因和征兆论域、确定两论域中元素隶属度建立模糊关系矩阵、模糊综合评判7神经网络诊断法基本组成、网络拓扑结构、故障诊断应用人工神经网络基本组成：神经元、神经元间连接、神经网络结构神经网络诊断方法：自学习功能、结合模糊诊断8结论设备故障诊断技术成功条件（1）足够有用的信息诊断决策依据（2）多方面诊断知识设备工作原理、结构特点、故障机理结构动力学和流体力学知识测试技术和信号分析处理方法二往复压缩机状态监测与故障诊断故障诊断方法2020年2月13日11时9分2167振动监测的基本参数（1）振幅表示振动严重程度（烈度）位移、速度或加速度表示指示值：峰值（单边峰值和峰峰值）、有效值（均方根值）和平均值位移有效值代表振动系统势能含量速度有效值代表振动系统动能含量加速度有效值代表振动系统功率谱密度含量（2）频率探寻外来激励力来源，判断正常工作状态机械振动频率常用转速倍数或分数表示1倍（lx）转速频率指振动频率与机器转速相同2倍（2x）转速频率指振动频率为机器转速二倍，依此类推（3）相位判断振动时各部件之间相对运动方位以及激励力与响应的时间和空间关系常用（ωt－φ）表示，单位“度”或“弧度”二往复压缩机状态监测与故障诊断信号监测2020年2月13日11时9分2168具体分为6个步骤：一了解被诊断的对象了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概括起来，对一台被列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：⒈设备的结构组成1）搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分2169Ⅰ－原动机（电动机）Ⅱ－传动系统Ⅲ－工作机（引风机）①、②－电动机滚动轴承③、④－引风机滚动轴承二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分216102）必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上表明或另予说明。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤⒈设备的结构组成2020年2月13日11时9分21611主要了解以下内容：1）各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；2）机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；3）转子运行速度：低速(10Hz)、中速(10-1000Hz)还是高速(1000Hz)，匀速还是变速等等。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2.机器的工作原理及运行特性2020年2月13日11时9分216123.机器的工作条件1）载荷性质：均载还是冲击载荷；2）工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气体（液体）；3）周围环境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源，粉尘、热源等。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分216134.设备基础型式及状况搞清楚是刚性基础还是弹性基础等等。5.主要资料档案资料设备原始档案资料、设备检修资料、设备故障记录档案等。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分21614二.确定监(检)测方案在此基础上，接下来就要确定具体的监测方案。监测方案应包括以下几方面的内容。1.选择测点测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择测点，具体要求如下：二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分216151）对振动反映敏感所选测点在可能时要尽量靠近振源，避开或减少信号在传播通道上的界面、空腔或隔离物(如密封填料等)最好让信号成直线传播。这样可以减少信号在传播途的能量损失。2）适合于诊断目的3）符合安全操作要求因为测量时，设备在运行，因此需要注意安全问题。4）适合于安置传感器有足够的空间，有良好的接触，测点部位有足够的刚度等。二往复压缩机状态监测与故障诊断1.选择测点2020年2月13日11时9分21616通常，轴承是监测振动最理想的部位，因为转子上的振动载荷直接作用在轴承上，并通过轴承把机器和基础联接成一个整体，因此轴承部位的振动信号还反映了基础的状况。所以，在无特殊要求的情况下，轴承是首选测点。如果条件不允许，也应使测点尽量靠近轴承，以减小测点和轴承之间的机械阻抗。此外，设备的地脚、机壳、缸体、进出口管道、阀门、基础等，也是测振的常设测点。二往复压缩机状态监测与故障诊断1.选择测点2020年2月13日11时9分21617有些设备的振动特征有明显的方向性，不同方向的振动信号也往往包含着不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和轴线方向（A）。水平垂直轴向一般来说水平振动幅值大于垂直方向幅值，当轴承盖松动时就会出现垂直方向幅值大的现象，并伴随着高次频率成份。二往复压缩机状态监测与故障诊断1.选择测点2020年2月13日11时9分216182.预估频率和振幅振动测量前，对所测振动信号的频率范围和幅值要做基本的预估，防止漏检某些可能存在的故障信号而造成误判或漏诊。通常可采取以下几种方法：1）根据经验，估计各类常见多发故障的振动特征频率和振幅。2）根据结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。3）广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的振幅大小。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分216193.确定测量参数经验表明，根据诊断对象振动信号的频率特征来选择参数。通常的振动测量参数有加速度、速度和位移。一般按下列原则选用：低频振动（10Hz）采用位移；中频振动（10-1000Hz）采用速度；高频振动（1000Hz）采用位移。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分21620对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度，因为它是反映振动强度的理想参数，国际上许多振动标准都采用速度有效值作为判断参数，而国内一些行业大多采用位移作为诊断参数。所以在选择测量参数时，还须与所采用的判断标准使用的参数相一致，否则判断状态时将无据可依。二往复压缩机状态监测与故障诊断3.确定测量参数2020年2月13日11时9分216214.选择诊断仪器测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要的还要考虑两条：1）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内所有重要的频率成分，一般来说要在10-10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出现异常时，故障已经发生了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。2）要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动水平通常是随频率变化的。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分216225.选择与安装传感器用于测量振动的传感器有三种类型，一般都是根据所测量的参数类型来选用：测量位移采用涡流式位移传感器，测量速度采用电动式速度传感器，测量加速度采用压电式加速度传感器。在现场主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分216236.做好其它相关事项的准备测量前的准备工作一定要仔细。为了防止测量失误，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器是否正常，准备工作是否充分。比如检查仪器的电量是否充足，这看似小事，但也决不能疏忽，在现场常常发生因仪器无电而使诊断工作不得不终止的情况。各种记录表格也要准备好，真正做到“万事俱备”。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分21624三.进行振动测量与信号分析1.测量系统目前，有两种基本的简易振动诊断系统可用于现场，它们分别代表了简易诊断发展的不同的发展阶段。一种是模拟式测振仪所构成的测量系统，一种是以数据采集器为代表的数字式测振仪所构成的测量系统。2.振动测量信号分析确定了诊断方案以后，根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量。一般来讲，如果现场条件允许，每个测点都是测量三个方向的振动值。即水平、垂直和轴向。而且要定点、定时地进行测量，以有利于进行比较。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分216253.数据记录整理测量数据一定要作详细记录。记录数据要有专用的表格，做到规范化，完整而不遗漏。最好将数据分类整理，每个测点按方向整理，用图形或表格表示，这样做有利于抓住特征，也便于发现一些问题。二往复压缩机状态监测与故障诊断2020年2月13日11时9分21626四.实施状态判断根据测量数据和信号分析所得到的特征信息，对设备的运行状态做出判断。首先，判断机器是否处于正常状态，然后对存在异常的设备做进一步的分析，指出故障的原因，部位和程度。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分21627五.做出诊断决策通过测量分析、状态识别等几个程序，搞清楚了设备的实际状态，也就为处理决策创造了良好的条件。这时应当提出处理意见：或是继续运行，或是停机修理。对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。二往复压缩机状态监测与故障诊断现场实施步骤2020年2月13日11时9分21628六.检查验证设备诊断的全过程并不是做出结论就算完了，最后还有重要的一步，就是必须检查验证诊断结论及处理决策的结果。诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，如果有条件的话最好亲临现场查看，检查诊断结论与实际情况是否相符，这是对整个诊断过程最权威的总结。如果相符，要及时地