一小时学会机器故障诊断

一小时学会机器故障诊断陶洛文工学博士，高级工程师频谱分析法•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强迫振动类故障自激振动类故障R:转动频率故障名称频率特征转动特征故障名称频率特征转动特征不平衡1×R同步正进动油膜涡动(0.4~0.49)×R正进动永久弯曲1×R同步正进动油膜振荡等于低阶固有频率正进动不对中2×R正进动气隙振荡等于低阶固有频率正进动磁拉力不平衡2N×RN为磁极对数正进动内腔积液失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动松动1×R,2×R等也有1.5×R,2.5×R等转子内阻失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动齿轮故障啮合频率等于齿数×R，边带频率…径向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率反进动滚动轴承外环故障…内环故障…滚珠故障…轴向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率转子不平衡故障的频谱•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。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小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，轴向振动和轴向推力增大，机器效率降低清垢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•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。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率转子系统松动故障的频谱•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。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X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50353815101218402558松动！松动！不松动不松动齿轮故障的频谱•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。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0246810121416FrequencyinorderDisplacementinmpktopk12.510.07.55.02.50从油膜涡动发展到油膜振荡涡动频率c/min转子转速r/min相关产品-振通932高级分析仪•中文Window菜单显示，操作更方便•大尺寸、彩色液晶屏幕，清晰美观•12800线分辨率频谱，频率范围25kHz•基于DSP的全功能高速动态分析•双通道采集，14位AD采样•USB接口可配MCM2/3,SDES等软件•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•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。滚动轴承的振动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D—节圆直径d—滚珠直径—接触角z—滚珠数R—轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环RDdzf)cos1(2RDdzf)cos1(2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1(21RDdf)cos1(21滚动轴承故障的频谱•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。电机离心泵PIPO1X2X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不平衡不对中松动滚动轴承故障频率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk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•HFA1正常•HFA2警惕•HFA6危险相关产品-909Z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。振动传感器如何安装？电机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。用平衡法诊断定子绕组故障的原理是什么？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。怎样用谱分析法诊断转子绕组故障？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。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•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。北京振通＝(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设置采集器回收数据建立参数库数据分析打印报告现场测量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)优点缺点钢探杆：1—1000Hz铝探杆：1—700Hz附着快速手持频率范围有限注意手持方法磁座：1—2000Hz附着快速手持频率范围有限机器上须有铁磁性表面该表面必须干净螺纹连接:1—10000Hz可用频率范围宽测量重现性最佳需有螺孔接头费时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？中型机器大型机器透平机器45281811.27.14.52.81.81.120.710.4515-75KW〉75KW振动烈度(mm/s)优秀（A）良好（B）良好（B）合格（C）不合格（D）不合格（D）合格（C）不合格（D）不合格（D）合格（C）合格（C）良好（B）良好（B）ISO2372振动质量评级标准小型机器判断每种机器质量的实例〈15KW参考GB6075-85以及VDI2056,适用于转速在600-12000转/分的各种机器优秀（A）优秀（A）优秀（A）45281811.27.14.52.81.81.120.710.450.28设备状态的另一种振动评价标准1387.91451814518150321282.51355.614010145181180.791303.21355.6140101251.81451814518150321201.01355.614518150321150.561303.21401014518140101503215032155561334.51401014010145181231.41355.614010145181150.561355.614010145181231.4140101451815032折旧期长VdBmm/s折旧期短VdBmm/s需大修VdBmm/s日常监测（冷冻机）柴油发电机压缩机（活塞）（高压）（低压）（不大于5,000HP）（大于20,00HP）（6-20,000HP）（不大于5,000HP）蒸气透平机（6-20,000HP）（大于20,00HP）VdBmm/s新机器速度有效值旧机器（全速、满负荷）与应用的机型气体透平机1231.41401014518150321201.01401014518150321150.561355.614518150321100.321303.214010145181201.01303.21365.6140101201.01303.21365.6140101231.41355.614010145181180.791303.21355.6140101201.01303.21355.6140101180.791303.21355.6140101080.251251.81303.21355.61030.141251.81253.21355.61030.14__1155.612011000.10__1100.321150.56根据加拿大政府/海军-CDA/MA/NVSH107100db=0.1mm/s（不超过5HP或大于1,200rpm）变压器（大于1KVA）（小于或等于1KVA）（小于1,800rpm）（大于1,800rpm）电动机（大于5HP或小于1,200rpm）泵（大于5HP）（不超过5HP）风扇（10-10,000HP）（不大于10HP）锅炉汽车发动机齿轮箱（大于10,000HP）日常监测折旧期短折旧期长与应用的机型旧机器（全速、满负荷）离心分离机油液分离机速度有效值新机器VdBmm/sVdBmm/sVdBmm/sVdBmm/s