故障診斷PPT文稿.ppt

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷,2012.12.14,第一節(jié) 狀態(tài)維修-設(shè)備維修的根本性革命 第二節(jié) 機(jī)械振動(dòng)描述 第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量 第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征 第五節(jié) 振動(dòng)烈度測(cè)量、故障分析的實(shí)現(xiàn),第一節(jié) 狀態(tài)維修-設(shè)備維修的根本性革命,大家知道，當(dāng)前我國(guó)對(duì)設(shè)備的維護(hù)仍采用傳統(tǒng)的計(jì)劃、定期維修。而這種方式帶有很大盲目性，設(shè)備有無故障、故障類型、故障部位、故障程度難以準(zhǔn)確把握。 另外，由于良好部位的反復(fù)拆卸，機(jī)械性能往往不理想，甚至低于檢修前。而且，沒有必要的超前維修，帶來人力、物力的巨大浪費(fèi)。,第一節(jié) 狀態(tài)維修-設(shè)備維修的根本性革命,隨著故障診斷儀器的廣泛應(yīng)用，使對(duì)機(jī)械設(shè)備的

2、維護(hù)由計(jì)劃、定期檢修走向狀態(tài)、預(yù)知檢修變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，使機(jī)械設(shè)備的維護(hù)方式發(fā)生了根本性革命改革。狀態(tài)監(jiān)測(cè)避免了機(jī)械設(shè)備的突發(fā)故障，從而避免了被迫停機(jī)而影響生產(chǎn)； 機(jī)械狀態(tài)分析為預(yù)知機(jī)械設(shè)備的維修期提供了可靠依據(jù)，即可做到測(cè)量表明有必要時(shí)才進(jìn)行維修。使我們能夠及時(shí)準(zhǔn)備維修部件，制定維修計(jì)劃，克服了定期維修帶來的不必要的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降； 完善的診斷能力可為我們準(zhǔn)確指出故障類型和故障部位，避免了維修的盲目性，使檢修簡(jiǎn)捷易行，大大縮短了維修工期；,第二節(jié) 機(jī)械振動(dòng)描述,一、什么叫振動(dòng)？ 振動(dòng)是世界上的物質(zhì)或物體的一種運(yùn)動(dòng)形式。廣義來說，振動(dòng)就是物體（質(zhì)點(diǎn)）或某種狀態(tài)隨著時(shí)間往復(fù)變化的現(xiàn)象。,第二節(jié)

3、 機(jī)械振動(dòng)描述,二、振動(dòng)的分類 機(jī)械振動(dòng)的研究和使用方面有多種分類方法，目前，大致有如下五種分類： 1、按振動(dòng)的規(guī)律分 簡(jiǎn)諧振動(dòng)、非簡(jiǎn)諧振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。有時(shí)又將前兩者稱為周期振動(dòng)，后者稱為非周期振動(dòng)；,第二節(jié) 機(jī)械振動(dòng)描述,2、按產(chǎn)生振動(dòng)的原因分 自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)和參變振動(dòng)等； 3、按自由度分 單自由度系統(tǒng)振動(dòng)、多自由度系統(tǒng)振動(dòng)和彈性振動(dòng)； 4、按振動(dòng)位移特征分 角振動(dòng)和直線振動(dòng)；,第二節(jié) 機(jī)械振動(dòng)描述,5、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分 線性振動(dòng)和非線性振動(dòng)。 在機(jī)器的故障診斷中，從應(yīng)用角度看，應(yīng)著重掌握按振動(dòng)規(guī)律和產(chǎn)生原因這兩種分類。,第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,開始時(shí)，專家們已經(jīng)

4、知道振動(dòng)能量的大小是危害機(jī)器的主要因素，而表示這個(gè)能量大小的應(yīng)是寬頻帶內(nèi)的振動(dòng)速度有效值。但是在20年前，當(dāng)時(shí)的測(cè)量技術(shù)不能滿足振動(dòng)理論提出的要求，六十年代的診斷標(biāo)準(zhǔn)大多為振幅（位移）標(biāo)準(zhǔn)，典型代表是1968年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)轉(zhuǎn)速不同的汽輪機(jī)、電機(jī)等所作的診斷標(biāo)準(zhǔn)。如下表：,第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,標(biāo)準(zhǔn)中軸承座的振幅應(yīng)取轉(zhuǎn)子的各軸承座三個(gè)測(cè)點(diǎn)中最大的振幅值。同時(shí)，可以通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)說明，振幅（位移）標(biāo)準(zhǔn)值是隨轉(zhuǎn)速變化而變化的，轉(zhuǎn)速越高，標(biāo)準(zhǔn)值越低，因此現(xiàn)在通常不采用測(cè)量位移來判斷設(shè)備的好壞，而振動(dòng)的速度有效值是與設(shè)備的轉(zhuǎn)速無關(guān)的，它確能反映設(shè)備的最大破壞能量。,第三節(jié) 機(jī)

5、械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,在以往的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中，多采用機(jī)械式百分表來測(cè)量位移峰-峰值，用以判斷機(jī)器振動(dòng)大小，進(jìn)而確定好壞。我們說，這種測(cè)試方式是極不合理的。原因有三：第一，這種機(jī)械式百分表動(dòng)態(tài)響應(yīng)很差，不能測(cè)量動(dòng)態(tài)量；第二，測(cè)量軸承座的振幅是一種相對(duì)測(cè)量；第三，機(jī)器的振動(dòng)是周期和非周期振動(dòng)同時(shí)存在的寬帶振動(dòng)，即使用百分表能讀出數(shù)值，這個(gè)數(shù)值不一定是機(jī)器轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的規(guī)定振幅。,第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,對(duì)于我們來講（設(shè)備監(jiān)護(hù)者），隨時(shí)測(cè)知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是十分重要的，而要判定設(shè)備狀態(tài)就要有相應(yīng)的振動(dòng)烈度判定依據(jù)。目前，最常采用的是ISO-2372標(biāo)準(zhǔn)，它以振動(dòng)速度有效值在于10

6、1000Hz頻帶內(nèi)的變化為狀態(tài)判定參量。以設(shè)備功率作為分類依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)如下表。,第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,第三節(jié) 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量寬帶測(cè)量,需要指出的是，振動(dòng)測(cè)量是在機(jī)器部件表面進(jìn)行，因此，測(cè)量值還取決于測(cè)量處的機(jī)械導(dǎo)納（機(jī)械阻抗的倒數(shù)）。因此，選取正確的測(cè)點(diǎn)位置是十分重要的，不正確的位置往往導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷結(jié)果。另外，此標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中不必生硬搬套，可根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)參考此標(biāo)準(zhǔn)建立自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 為了克服測(cè)點(diǎn)機(jī)械導(dǎo)納的影響，可靠的辦法是通過集中相對(duì)變化取得狀態(tài)信息，即用確定的參考“基線”或級(jí)值和允許系統(tǒng)的一定的變化來獲得。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,認(rèn)識(shí)到振動(dòng)

7、級(jí)值的增加表示設(shè)備故障在發(fā)展，之后設(shè)備維護(hù)人員就必須確定故障在機(jī)器中某個(gè)部件的具體位置。寬帶振動(dòng)測(cè)量對(duì)于精確判定故障位置提供不了不少信息，一般說來，頻譜分析是故障診斷的關(guān)鍵。 本節(jié)將介紹不同故障對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率特征。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,首先，在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，要記住兩條原則： 1、頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型； 2、幅值代表故障劣化程度。 下面我們針對(duì)一些典型故障分析實(shí)際的振動(dòng)譜圖。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,一、不平衡 泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后，由于磨擦、積灰等原因，使轉(zhuǎn)子質(zhì)心改變，出現(xiàn)不平衡（電動(dòng)機(jī)由于潤(rùn)滑脂過量也會(huì)引起不平衡）。 不平衡有以下

8、幾種特點(diǎn)： 1、振動(dòng)頻率單一，振動(dòng)方向以徑向?yàn)橹鳌Ｔ诠ゎl（亦稱轉(zhuǎn)頻）（1X ）處有一最大峰值，（轉(zhuǎn)子若為懸臂支撐，將有軸相分量）； 2、在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而增大； 3、譜圖中一般不含工頻（1X）的高次諧波（2X、3X ）。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,舉例說明： 一臺(tái)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在工頻（1800rmin）處幅值最大，達(dá)1.5m（見上圖）。3個(gè)月后再測(cè)量，同一處的最大峰值已是2.83m（下圖），達(dá)到泵安全運(yùn)行的報(bào)警值。拆機(jī)修理發(fā)現(xiàn)一異物纏繞在葉輪上，改變了質(zhì)心。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,除去異物后，工頻處幅值僅為0.97m（如圖），振幅明顯減小，泵運(yùn)行正常。

9、,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,從圖1圖3可知，最大峰值均在工頻1X處，當(dāng)1X處幅值升高時(shí)，2X、3X、4X處的幅值有所降低（圖2）。故障排除后，1X處幅值有所降低，2X、3X、4X處的幅值又恢復(fù)到原來狀態(tài)，幾乎不變（圖1、圖3）。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征二、不對(duì)中及軸彎曲,雖然我們普遍認(rèn)為機(jī)械振動(dòng)主要是不平衡所致，但就旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，70-75的振動(dòng)是不對(duì)中引起的。,不對(duì)中有兩種： 平行不對(duì)中和角度不對(duì)中。 平行不對(duì)中徑向振動(dòng)比較突出，角度不對(duì)中軸向振動(dòng)更突出。兩者在機(jī)器端部或聯(lián)軸器兩邊都有180的相位差。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,不對(duì)中振動(dòng)的特點(diǎn)： 1在2

10、X處有大的能量分布； 2隨著不對(duì)中程度的增加，將產(chǎn)生很大的軸向振動(dòng)分量； 3在聯(lián)軸器的兩邊振動(dòng)的相位關(guān)系是18030； 4在2X處的幅值大于1X處的50時(shí)意味不對(duì)中程度已加劇。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,舉例說明： 右圖是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中2X處也有峰值，但較小，這與不對(duì)中的特點(diǎn)1（在2X處有大的能量分布）相符，估計(jì)已存在某種程度的不對(duì)中。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,一周后再測(cè)量，該處幅值已明顯增大并超過1X譜圖的幅值（右圖），說明不對(duì)中已比較嚴(yán)重。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)0.254mm。找正后再進(jìn)行圖譜分析，譜圖（右圖）2x處的

11、幅值已明顯變小，機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,得出結(jié)論 第一，兩次測(cè)量結(jié)果，1X處的幅值無明顯變化，而2X處幅值變化很大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。 第二，在2X附近有兩個(gè)譜峰，一個(gè)在7100rmin處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在7200rmin處，它是電機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,三、機(jī)械松動(dòng) 即使裝配再好的機(jī)器運(yùn)行一段時(shí)間后也會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。 引起松動(dòng)的常見原因是：螺母松動(dòng)、螺栓斷裂、軸徑磨損、甚至裝配了不合格零件。 具有松動(dòng)故障的典型頻譜特征是以工頻為基頻的各次諧波，并在譜圖中常看到10X（見下圖）。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)

12、械故障類型及其振動(dòng)特征,上圖是一臺(tái)電機(jī)地腳螺栓診斷的譜圖。但更換地腳螺栓后，譜圖上除工頻處有一峰值，其它峰值均已減?。ㄏ聢D）,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,右圖是一臺(tái)用于空氣過濾的真空泵的頻譜圖。圖中出現(xiàn)多個(gè)高次諧波，有的已超過0.88mms。由于該泵已使用3個(gè)月，并且是多級(jí)推進(jìn)器，因此懷疑是其中有一級(jí)推進(jìn)器松動(dòng)。拆開檢修發(fā)現(xiàn)是過濾器中的一個(gè)袋子被吸到泵里，纏繞在推進(jìn)器上，使推進(jìn)器失衡。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在軸承內(nèi)來回跳動(dòng)，產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高次諧波，表現(xiàn)出松脫的頻譜特征。 由此看出，一種故障現(xiàn)象往往是幾種故障共同作用的結(jié)果。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,四、齒輪缺陷 在齒輪傳動(dòng)中，一

13、般存在嚙合頻率（齒數(shù)與旋轉(zhuǎn)頻率的乘積）和自振頻率。此外，由于齒輪的頻率分量常被齒隙、偏心、載荷以及其他缺陷造成的脈沖所調(diào)制，從而出現(xiàn)旁瓣或邊帶。 一般說來，當(dāng)在嚙合頻率處有峰值時(shí)，意味著齒輪有問題；當(dāng)出現(xiàn)嚙合頻率的高次諧波時(shí)，意味著劣化程度加??；當(dāng)出現(xiàn)邊帶，且邊帶峰值達(dá)到一定值時(shí)，意味著齒輪故障己很嚴(yán)重，到了失效的邊緣。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征下圖是一臺(tái)齒數(shù)為11的齒輪泵，轉(zhuǎn)速為900rmin（15Hz），嚙合頻率為165Hz。從圖中可看出，出現(xiàn)多個(gè)嚙合頻率的高次諧波，并伴有以工頻為帶寬的邊帶。檢修發(fā)現(xiàn)齒面已點(diǎn)蝕，并存在偏心。,第四節(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征,以上分析比較了

14、4種常見故障的頻譜特征，簡(jiǎn)單的總結(jié)歸納了識(shí)讀譜圖的方法。但設(shè)備是一個(gè)有機(jī)的整體，同一故障往往有不同的表現(xiàn)形式，而一種故障現(xiàn)象又常是幾種故障共同作用的結(jié)果。因此，只有對(duì)多種因素綜合考慮才能有效地提高故障診斷的準(zhǔn)確率。,第五節(jié) 振動(dòng)烈度測(cè)量、故障分析的實(shí)現(xiàn),上面我們介紹了判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的方法和以頻率特征為依據(jù)的故障類型診斷原則。 而測(cè)點(diǎn)位置的選取、表征振動(dòng)量級(jí)的參數(shù)選取、頻率分析中分析方法的確定是準(zhǔn)確判定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷的前提。,第五節(jié) 振動(dòng)烈度測(cè)量、故障分析的實(shí)現(xiàn),一、測(cè)量位置的選取 振動(dòng)烈度反映測(cè)點(diǎn)上傳遞的交變力。振動(dòng)不僅與交變力有關(guān)，而且和該測(cè)點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)導(dǎo)納有關(guān)（加速度導(dǎo)納、速度導(dǎo)納、位移導(dǎo)納）即： V=Yv*F；d=Yd*F；a=Ya*F 式中： F-應(yīng)變力； V、d、a-分別為振動(dòng)速度、位移和加速度； Yv、Yd、Ya-分別為振動(dòng)速度、位移和加速度導(dǎo)納；,第五節(jié) 振動(dòng)烈度測(cè)量、故障分析的實(shí)現(xiàn)因此，測(cè)點(diǎn)的選取原則應(yīng)使傳遞路徑最短，測(cè)點(diǎn)剛度最大，以使結(jié)構(gòu)導(dǎo)納最大，并且每次測(cè)量測(cè)點(diǎn)位置必須相同，盡量避免結(jié)構(gòu)導(dǎo)納不同對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)點(diǎn)位置選擇如圖所示，“A”“C”為正確的測(cè)點(diǎn)位置；“B”“D”為 不正確的測(cè)點(diǎn)位置。,