旋转机械振动监测和故障诊断技术

研讨班资料之二

旋转机械振动监测 和故障诊断技术

王俊洪

马钢股份公司设备部

上海华阳检测仪器有限公司

目 录

1. 设备状态监测和故障诊断技术概述

1．1 设备状态监测和故障诊断的产生和作用

1．2 设备状态监测和故障诊断在设备一生管理中的地位 1．3 设备状态监测和故障诊断的含义 1．4 设备误诊断

2. 设备维修管理与设备监测诊断的关系

3．描述机械设备状态的参数及其测量方法

4. 机械振动基本概念 4．1 振动的分类 4．2 振动的描述

5．企业设备状态监测和故障诊断开展工作内容

5．1 建立完善的设备状态监测组织体系和管理制度 5．2 监测设备的A、B、C分类 5．3 设备状态监测的类型选择

5．4 设备劣化倾向管理 ——设备状态监测的一项主要任务 5．5 设备劣化倾向管理的种类 5．6 设备振动检测诊断工作程序 5．7 设备状态的评价

5．8 设备状态监测和故障诊断成效评价

6. 机电设备常见故障振动监测诊断方法与案例分析 6．1 机电设备常见故障振动监测诊断方法 6．2 振动监测诊断案例分析

7．机器状态监测和诊断专业人员的素质要求

旋转机械振动监测和故障诊断技术

1. 设备状态监测和故障诊断技术概述

1．1 设备状态监测和故障诊断的产生和作用

有三个方面的因素成为设备状态监测和故障诊断技术产生、发展并广泛应用的驱动力，即：流程工业生产的现实需要、测试诊断技术和仪器的发展完善和国家有关的政策。

首先，设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展是企业实际需要的结果，主要是设备的安全性、维修成本的压力。20世纪60年代以来，随着电子技术和计算机技术的快速发展，工业生产越来越现代化。设备和生产朝着大型化、高速化、自动化、连续化、智能化、环保化等方向发展。一方面设备更加精密复杂，许多故障很难靠人的感官发现，而且有些设备精密复杂，不允许随便解体检查；另一方面设备突发性事故造成的损失越来越大；三是设备的维修成本占总的生产成本越来越大。所以追求设备的高可靠性和最合理的维修方式是企业设备工程管理的焦点。

从技术背景方面看，20世纪60年代是计算机技术、电子测量技术和信号处理技术飞速发展的年代，FFT算法语言的出现，把信号处理分析技术从硬件到软件，推向了全新的高度。此外可靠性工程、零部件失效机理的研究等，都为设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展创造了有利条件。20世纪70年代以后，设备状态监测和故障诊断技术在发达国家得到了快速推广和发展，特别是美国、英国、日本、德国等国家。

中国从80年代初期开始引进并应用设备诊断技术，20年来,此项技术在中国各个行业得到了快速应用和发展，也受到中国政府的重视。李鹏总理在1986年7月2日“第二次全国设备管理、维修工作座谈会”上指出，“应该从单纯的以时间周期为基础的检修制度，逐步发展到以设备的实际技术状态为基础的检修制度。……这就要求我们采用一系列先进的仪器来诊断设备状况，通过检查诊断来确定检修的项目”。1987年，国务院发布了《全民所有制工业交通企业设备管理条例》，规定“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态检测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术现代化水平”。国家经贸委在《“九五”全国设备管理工作纲要》中明确指出，企业要“继续推进设备管理现代化，广泛采用先进的设备管理方法和维修技术。建立价值形态与实物形态相结合的设备管理信息系统。在采用设备状

态监测、故障诊断等技术的基础上，使设备维修方式逐步转向以状态维修为主的维修方式”。显然，设备的状态监测与故障诊断是现代化管理的技术基础。当前我国的设备维修体制，已开始从早期的事后维修和长期的按计划维修体制，过度到现代的、具有预知性的视情维修（或称状态维修）阶段。

在企业推广设备状态监测和故障诊断技术，可以达到以下目的/作用： （1） 保障设备安全运行，防止突发事故； （2） 保证设备工作精度，提高产品质量； （3） 实施预防维修/按状态维修，节约维修费用； （4） 避免因设备事故造成的环境损坏和其他危害； （5） 给企业带来较大的间接经济效益。

1．2 设备状态监测和故障诊断在设备一生管理中的地位

企业开展设备状态监测和故障诊断的最终目的，是服从和服务于生产经营大局，提高对设

备状态、劣化趋势的认知和控制能力，提高设备的作业率，延长设备的使用寿命，降低设备全寿命周期费用。

目前企业设备管理的一个重要理念是强调设备的一生管理，从图1-1可知设备状态监测和

故障诊断在设备整个寿命周期的各个环节特别是运行管理和维修管理中具有重要作用。

图1-1 设备状态监测和故障诊断在设备一生管理中的地位

1．3 设备状态监测和故障诊断的含义

设备状态监测和故障诊断是设备诊断中的两个过程，两者既有密切联系又有区别。

1.3.1 设备状态监测的含义

不断获取设备在运行中或相对于静态条件下的状态信息，通过对这些信息的分析和处理，

并结合设备的历史状况，来定量地掌握设备的技术状态,预测设备寿命，为设备运行和按状态维修提供技术基础。

设备状态信息的获得有很多种方法，其中振动监测和诊断技术是目前较普遍采用的方法

之一。机器内部发生异常时，一般都会伴随着出现异常振动、声音和设备性能的变化。通过对机械振动信息的测量和分析，往往可以不停机或不解体设备就可以对设备劣化的部位和故障的性质做出判断。由于振动测试的技术和仪器都比较成熟，在企业中得到了广泛的应用，产生了大量的经济效益和社会效益。

1.3.2 设备故障

故障是个非常广义的概念。简单地说，设备故障就是设备系统或其中的元件/部件丧失了规

定的功能。与故障意义相近的还有一个叫“失效”的概念。失效通常指的是不可修复的对象；故障指的是可以修复的对象。为了对设备故障以更清楚地了解，参考图1-2，图中Ts为设备缺陷开始出现时间点；Td为设备缺陷可以被检出时间点；Tf为设备故障发生时间点；Tb故障停机时间点。

图1-2 设备故障的含义

设备缺陷刚开始出现时，由于检测技术水平和仪器仪表等因素限制往往难以发现；Td实

际的位置则取决于是否对设备进行了监测、监测的技术手段和方法、监测人员的素质和能力等等。实际上设备监测的主要任务就是尽早检测出缺陷，并作好从Td到Tf

之间的监测工作。由

1.3.1 设备状态监测的含义

不断获取设备在运行中或相对于静态条件下的状态信息，通过对这些信息的分析和处理，并结合设备的历史状况，来定量地掌握设备的技术状态,预测设备寿命，为设备运行和按状态维修提供技术基础。

设备状态信息的获得有很多种方法，其中振动监测和诊断技术是目前较普遍采用的方法之一。机器内部发生异常时，一般都会伴随着出现异常振动、声音和设备性能的变化。通过对机械振动信息的测量和分析，往往可以不停机或不解体设备就可以对设备劣化的部位和故障的性质做出判断。由于振动测试的技术和仪器都比较成熟，在企业中得到了广泛的应用，产生了大量的经济效益和社会效益。

1.3.2 设备故障

故障是个非常广义的概念。简单地说，设备故障就是设备系统或其中的元件/部件丧失了规定的功能。与故障意义相近的还有一个叫“失效”的概念。失效通常指的是不可修复的对象；故障指的是可以修复的对象。为了对设备故障以更清楚地了解，参考图1-2，图中Ts为设备缺陷开始出现时间点；Td为设备缺陷可以被检出时间点；Tf为设备故障发生时间点；Tb故障停机时间点。

图1-2 设备故障的含义

设备缺陷刚开始出现时，由于检测技术水平和仪器仪表等因素限制往往难以发现；Td实际的位置则取决于是否对设备进行了监测、监测的技术手段和方法、监测人员的素质和能力等等。实际上设备监测的主要任务就是尽早检测出缺陷，并作好从Td到Tf

之间的监测工作。由

图1-2可知，如果设备因性能下降到表现为产量减少或者产品质量下降时，就认为设备故障已经发生，见图中性能临界点。设备故障出现后，如果不采取一定措施，设备性能往往将迅速下降，直到故障停机或发生设备事故。

1．3．3 设备故障的分类

设备故障的分类方法很多，从设备寿命周期看设备故障，可以分为两类：

●先天性故障——是由于设计、制造不当造成的设备固有缺陷引起的故障。对于新型设备出现先天性不足是可以理解的，改进设计制造，是设计制造者的责任，也是使用者的责任；技术改造是改进设备性能，甚至实现设备终生无大修的措施。常见的先天性故障有动态性不良，运行时发生迫振、自振或工作转速落入临界转速区；存在应力集中；运行点接近或落入非稳定区；零部件加工制造不良，精度不够；零部件材质不良强度不够；转子动平衡精度不合技术要求等等。

●使用性故障——是由于安装维修、运行操作、设备自然劣化等因素引发的故障。安装维修方面的主要原因有安装不当；零部件错位；轴系对中不良（热膨胀考虑不够）；机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当等等。运行操作方面的原因主要有机器在非设计状态下运行；转子局部损坏或结垢、焊缝开裂、部件脱落；工艺参数不当（介质的温度、压力、流量、负荷），机器运行失稳；润滑或冷却不良；启动、停机或升速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀，或在临界区域停留过长等。设备劣化方面的主要原因有机器长期运行，零部件磨损、点蚀或腐蚀；配合面受力劣化、产生过盈不足或松动；转子挠度增大；机器基础沉降不均匀、机壳变形等；机器基础受损，基础的基础软化等。

对于此类故障，要研究现有管理规程、操作规程、润滑规定是否合理，要改进不合理的规程、还要研究优化生产工艺和设备运行方式。

严格来讲，设备的先天性故障是人为因素故障，它除了与设计制造者的水平、责任心有关外，还受科学技术发展的阶段性制约。设备投入运行后，精心操作和日常管理成为最主要的人为因素。

1．3．4 设备故障模式

从可靠性的观点看设备故障模式有六种，如图1-3。模式A是典型的浴盆曲线。模式B和模式F是“半”浴盆曲线，模式B设备投入使用后故障率固定或是略增趋势而后进入磨耗期；模式F具有高的早期的故障率，而后降到一个固定水平或是略增趋势。模式C设备显示出故障率随时间缓慢增长而没有具体的耗损期。模式D表示开始时故障率低而后快速增

长到一个固定水平。模式E则表示故障率不随时间变化。民用航空业的研究表明，仅4%的产品符合模式A，2%的符合B，5%的符合C，7%的符合D，14%的符合E，并且不少于68%的符合模式F(其它的工业部门不一定与飞机的故障分布相同，但随着设备的日趋复杂，越来越多的产品符合模式E和F)。

图1-3 设备故障模式

这些发现证明了下列的观点是错误的，即：设备的可靠性与其运行时间之间总是存在着某种联系，因此，翻修越频繁，设备越少出故障。实践也证明了上述观点是不正确的。除非与设备运行时间有关的故障模式占主导地位，否则，定期翻修或更换无助于改善复杂产品的可靠性。由设备各种故障模式可知，设备能否可靠性地工作与设备工龄之间没有必然的联系。设备在服役期中，较少的时间内处于故障高发期（早期故障和磨耗期故障），更多的时间是处于偶发故障期。

在不同的故障期，设备管理和检测诊断工作的重点有所不同。对早期故障，可以通过运转试验、变更设计、改善安装来减少、消除。偶发故障率高是不正常现象——应深入研究各种症状、追究剖析设备故障原因，制定相应对策和措施。在设备磨耗期，应避免意外突发故障。要加强全员设备管理（TPM），广泛应用各种设备监测和诊断技术手段，了解掌握设备运行趋势，进行劣化倾向管理。

1.3.4 设备故障诊断含义

简单的说，设备故障诊断就是给设备看病。指设备在运行中或者在基本不解体设备的情况下，对设备故障的性质、原因、部位、程度等进行识别诊断，并提供维修维护措施。

设备故障诊断分为简易诊断和精密诊断两个层次。

●简易诊断：即设备的“健康检查”。具体实施时，往往监测设备的某一个特征量，根据量值的范围判断设备是正常还是异常。如果对设备进行定期或连续监测，便可以得到一些有规律的东西，并借此进行预测/预报。简易诊断的作用是监测和保护，目的是对设备的状态作出迅速而有效的概括和评价。

●精密诊断：是在简易诊断基础上更深层次的诊断，通常需要更多的信息。目的是判断故障的性质（渐进性/突发性……）、原因（不平衡/不对中……）、部位（电动机/风机……、轴承/齿轮……）、程度（一般故障/严重故障……）等，并提供设备检修或治理决策。

设备简易诊断和精密诊断的区别和关系可以用图1-4表示。

图1-4 设备简易诊断和精密诊断

1．3．5 设备零故障

随着市场经济的快速发展，企业的竞争压力和成本压力愈来愈大，最大限度地降低生产成本，最大程度地提升经济效益成为企业追求的目标。在这种背景下，产生了所谓的零概念和壹概念。零概念即零缺陷、零废品、零等待、零库存、零泄露、零排放、零污染、零停机、零事故、零故障、零距离……；壹概念即质量第一、安全第一、效益第一、服务第一、用户第一、一流企业、一流产品、一流员工……。零概念和壹概念涉及到产品、工作和服务等的方法面面。

所谓设备零故障就是在设备故障发生之前，运用适当的维修策略检修设备，

消除故障隐患

和设备缺陷，使设备始终处于完好工作状态。零故障概念的核心是杜绝计划外停机和紧急维修，计划外停机和紧急维修会对企业造成巨大损失（经济的或信誉的）。零故障并非设备真的不会发生故障，并非绝对值为零，而是以“零”为目标来制定设备管理目标，在日常管理工作中积极推进，而是全力杜绝故障的发生，维持稳定的生产经营秩序。推行零故障管理，并不能保证100%不发生故障，但通过这一进程，可以使故障减少到接近于“零”的程度。随着新技术的飞速发展，设备设计和制造水平的提高，某些设备很可能会实现终生无大修。还由于无形磨损，设备实现寿命周期维修为0是完全可能的。如图1-2，要避免设备故障，就必须全方位关注设备状态，设备状态检测和故障诊断在设备零故障管理推进过程中将扮演极其重要的角色。

1．4 设备误诊断

医学上在诊疗病人时，常常出现病人被误诊误治的现象，由此导致的法律纠纷也屡见不鲜。据有关资料，以医学最发达的美国为例，约有50%的病人被误诊。应该说误诊误治问题是医学界和设备诊断工程界共同关心的问题。与临床误诊误治一样，设备误诊断会给企业造成很大的损失，要承担很大的责任。

误诊的原因是多方面的，如对设备故障机理的认识尚待深入、诊断技术人员的技业务水平待提高、诊断诊断仪器、诊断方法和手段限制等。例如，某钢铁公司某烧结厂2#抽风机的振动监测，24片叶片有21片磨损，但机组振动值并没有显著变化，这说明某些情况下仅仅关注设备的某个方面存在很大的风险。与人类认识世界的过程一样，设备诊断也存在从理论到实践，再从实践到理论不断提高的过程。从事故障诊断的人员要不断地研究学习，不断实践总结，提高诊断的准确率。

2. 设备维修管理与设备监测诊断的关系

设备维修经历了由事后维修、定期维修、预防维修到按状态维修的进化。设备点检和状态监测的实施，对维修方式的进化起到了巨大的促进作用。如今随着企业的信息化改造和信息技术的发展，设备点检监测和诊断工作已经/正在融入设备维修管理系统、设备管理信息系统、企业资产管理系统（EAM）等，成为设备基础管理最重要的信息。

定期维修仅适合与损耗性故障。按经验确定的定期维修，往往造成维修不足或者是过维修。定期大修至少有3种不良后果：1）定期维修增加设备的总体故障率。有许多事例，本来很稳定的设备，经过维修反而出现许多故障。因为对于稳定的系统而言，维修就是一种干扰。特别是

对于精密设备定期维修只能增加故障率。2）定期大修浪费大量人力、物力。根据统计，大修中有40—50%的费用被浪费了。因为有许多被维修设备完全处于良好状态。3）定期大修使设备的寿命减少。对于精密设备，零部件很多，各种零部件的连接特别牢固，每次拆、组、装都要损伤一些另部件，是零部件受到冲击，是设备整体寿命下降。

近年来，基于设备状态监测和故障诊断技术发展起来的设备按状态维修是维修方式的革命。这种维修的特点是：不规定设备的修理周期，而是实时掌握、不断积累设备的状态信息，预测设备的劣化趋势和剩余寿命，根据具体情况制定不同的维修措施。这种维修方式的目标致力于：1）通过早期探测故障征兆，及时消除隐患，从而减少非计划检修；2）根据机器状态确定检修内容，提前作好准备，从而缩短停机检修时间；3）根据机器异常的原因和部位，指导检修，从而防止过剩维修；4）通过改善机器性能，提高可靠性，从而延长设备使用寿命；5）通过发现异常工艺参数，及时处理调整，从而优化运行操作等等。

设备维修策略主要有：1）预防维修（也称为定期维修，Preventive maintenance/Time_based maintenance）、按状态维修（也称为预测维修，Condition_based maintenance/Predictive maintenance）和主动维修（也称为改善性维修，或基于故障根源的维修，Proactive maintenance/Corrective maintenance/ Root Cause Analysis maintenance）。 以上三种维修策略为主，构成了可靠性维修（RCM或称之为RBM）的基本框架见表2-1。有效的常规检查及对于零部件磨损的监控是十分必要的。某些情况下，配置备用机组也是必须的。对于流程生产关键生产设备来说，事后维修是绝对不可取的。

表2-1 设备可靠性维修基本框架

维修策略

工作原理

设备应具有较稳定的平均故障

根据设备制造厂建议或预防维修 间隔期，

使用经验确定

优点

减少设备故障和事故，具有较好人力资源和物质资源计划，维修预算易且准 避免设备故障和事故，充分

以设备状态监测、故障诊断技术

发挥设备效能，实施有针对

状态维修 为基础，发现随机性早期故障，

性的维修，节省维修时间和

预测故障发展

维修费用 针对重复性故障，以故障根源分

主动维修 析为基础，改进/改善设计，改

善生产/操作工艺等

根除设备故障或事故发生因素，提高设备运行的可靠

性

缺点 过剩维修、欠维修需要各种监测诊断仪器和经过特殊培训的专业技

术人员 对专业技术人员要求高，确认和排除均存在一定难

度

3．描述机械设备状态的参数及其测量方法

描述机械设备状态的参数很多，对于状态检测和故障诊断来说，主要有功能参数、损伤参

数、环境参数和开关量等，见表3-1。

表3-1 描述机械设备状态的参数及其测量方法

状态参数分类 功能参数

描述

生产能力、能耗、工艺参数（电、磁）……

承载件裂纹及扩展参数、接触

损伤参数

运动副的磨损参数、腐蚀环境的腐蚀参数…… 振动参数 噪声参数

环境参数

温度参数 油污染参数 排气成分参数

开关参数

开关量、继电器动作信号等

测量方法

输出功率、效率、能耗……

目测、光学、射线、超声、磁粉、渗透、电涡流、声发射……

感官、机械式测量、非电量测量、光学振动测量……

感官（耳朵）、声强、声压、声功率…… 热电偶、热电阻、红外、光纤检测…… 污染度、磁性磨屑、铁谱、光谱…… CO浓度、HC浓度、Nox浓度…… 记录

4. 机械振动基本概念

4．1 振动的分类

振动就是物体围绕平衡位置做往复运动。从振动力学的观点来看，振动有以下四类： 1） 自由振动

即系统只受初始激励产生的主振动，这是一种理想的振动，它忽略了系统阻尼的影响。系统一次获得必须的能量输入，振动的特点由系统的固有特性决定。 2） 受迫振动

在持续不断的周期力激励下系统的振动，当设备存在不平衡、不对中、不同心、摩擦、过大间隙等故障时，常造成这种振动。 3） 自激振动

指系统在受到初始激励后，将持续作用的能源转换成周期作用的能源，从而维持或发展系统的振动。例如钟摆、电铃铃锤振动、乐器、呼吸、心跳以及油膜涡动、喘振、机翼颤振密封产生的气动力引起的振动等等。 4） 参变振动

由于系统的物理参数（刚度为主）发生变化引起的振动。例如主刚度不相等的弹性轴转动

时，转子挠度将周期变化。还有齿轮齿接触刚度的变化、滚动轴承滚珠与滚道的接触刚度的变化引起的振动等。 4．2 振动的描述 4．2．1 振动的三要素

使用振幅、频率、相位三个物理量可以唯一地描述振动，因此,它们被称为振动的三要素。其中振幅可以使用位移振幅、速度振幅和加速度振幅3个物理量表示。它们之间由简单的微积分运算相互联系起来。

4．2．2 振动检测中位移、速度和加速度参数的选择

一般认为，对振动频率在10Hz以下，位移量较大的低频振动，选择位移为检测量。另外对

于某些高速旋转的机器的振动，旋转精度要求较高时，也用位移来衡量。对于多数机器来说，都用速度来评价其振动强度。经验表明在覆盖10Hz～1000Hz的频带上，速度测量完整地表示了机器振动的严重程度。而加速度测量的适用范围可以达到10000Hz以上，对于宽频带测量、高频振动和存在冲击振动的场合都测量加速度。当齿轮、滚动轴承、轴瓦等出现剥落、磨损等缺陷时，往往首先在高频段出现故障信息，只有当故障比较明显时，才能在低频段反映出来，因此，通过检测加速度，可以有效发现设备早期缺陷。检测实践中，往往对位移、速度和加速度进行联合测量。

4．2．3 位移、速度和加速度的工程单位

根据ISO1000，位移、速度和加速度的工程单位见表4-1。

表4-1 振幅的工程单位

振幅参数 位移 速度 加速度

工程单位 m, mm, µm

m/s, mm/s(或ms,mms)

m/s（或ms）

2

2

-2-1

-1

实际工作中，测量加速度时，有许多人使用g做单位，1g=9.81 m/s。

5．企业设备状态监测和故障诊断开展工作内容

5．1 建立完善的设备状态监测组织体系和管理制度

开展好设备状态监测工作，需要建立完善的监测组织体系, 需要有合理的规划和管理制度，需要建立标准化点检监测作业标准，需要认真分析设备的具体情况，配置适当的监测仪器，关键是要扎实、有序、持久、深入地开展各项工作。具体实施时有多种方式，主要取决于设备管

理的方式。例如可以建立 “群检——专业点检——精密点检（故障诊断）”三个层次，说明如下：

群检（车间级点检）：用仪器或感官、经验

专业点检（点检站点检） 如今企业在设备管理中强调“操作工是设备第一责任人、操检合一，设备零故障管理、定

量点检”等等，所有这些都决定了群检的重要性，大量实例说明群检可以发现大多数的设备隐患。这三个基本层次对于预防设备事故故障都有积极作用，见图5-1。

图5-1 设备检测诊断在预防设备事故故障中的作用

5．2 监测设备的A、B、C分类

由于受到人力、资金、成本等因素的限制，必须科学地开展设备监测工作。根据多种因素对生产设备进行A、B、C分类，每类设备应采取不同的维修措施和点检方法。A类设备称之为关键设备；B类设备称之为主要设备；C类设备称之为一般设备。A、B类设备需要专职设备监测人员和生产车间共同作好监测及诊断工作，并逐步实现按状态维修；C类设备可以采用事后维修方式，但也应作好点检工作。设备A、B、C分类方法如下。 5．2．1 关键设备（A类设备）

1）关键性、无备用的设备，这些设备的意外停机或故障，将快速影响生产和经营秩序并造成重大生产损失和其他损失；

2）一旦发生故障，将危及人身、安全和环境的生产设备； 3）维修或修复费用高、周期长的设备； 4）大型、精密生产设备。 ： 5．2．2 主要设备（B类设备）

1）有备用机组的关键性生产设备；

2） 局部生产具有较大影响的设备。 5．2．3 一般设备（C类设备）：

1）发生突发性故障对生产影响不大的设备；

2）结构简单，维修方便，发生故障可以很快恢复生产的设备。

5．3 设备状态监测类型的选择

大多数设备适宜开展定期的、离线式的状态监测工作。但还要根据以下因素，决定设备是否需要安装在线连续监测系统：1）机组运行的关键性；2）机组突然停机造成的损失；3）灾难性破坏的损失费用；4）监测系统的费用。

状态监测用的振动测量可以从非常简单到非常复杂的形式，包括连续测量或者定期测量。

然而它们都可以精确而可靠地评定机器的状态。

用在轴承或者轴承座结构上的振动测量和/或用机器旋转件的振动测量可以监测机器的振动状态，测量可以是连续的或者不连续的。

状态监测系统可取许多形式。它们可以采用永久安装的，半永久安装的或者便携式测量设

备。可以连续地或者定期地采集数据，可以按出现事件，也可以按时间间隔进行数据分析。

5．4 设备劣化倾向管理 ——设备状态监测的一项主要任务

设备劣化倾向管理（Trend Control）是以定量、可视的形式对设备状态进行管理，是设备按状态维修方式（Condition Based Preventive Maintenance）最显著的特点。倾向管理活动是传统的预防维修方式所不具备的特征，也是按状态维修方式的优点。设备劣化倾向管理的目的包括：

1） 检查设备的状态是否处于控制的界限以内； 2） 观察设备状态的变化倾向；

3） 预测设备状态发展到危险水平的时间； 4） 早期发现设备异常，并采取对策； 5） 通过简易诊断发现需要精密诊断的设备

在选择了监测的设备和确定了合适的测量系统类型后，建议绘一张状态监测程序流程图。采集振动数据的同时，应关注设备的其它运行参数，如转速，负载(功率，流量，压力等)，温度等等。在数据采集过程中，非常强调运行状态应该尽可能接近机器的额定运行状态，以确保数据的一致性和有效的可比性。

5．5 设备劣化倾向管理的种类

设备劣化倾向管理分为两种类型：计量值的倾向管理和计数值的倾向管理，下面分述之。 ● 计量值的倾向管理主要是对振动、温度、声音、压力等以及性能参数（效率、燃料消耗率、润滑油消耗率、刀具消耗率等）等连续变化的量进行倾向管理。计量值倾向管理可以有效的掌握设备的劣化趋势。如性能检测可以有效的检测出设备的污染、剥落、磨损、摩擦、结冰、泄露等。

计量值的倾向管理是非常复杂的，以振动监测劣化倾向管理为例，主要包括以下三个方面内容：

1）高、低、中频振动值（加速度、速度、位移；峰值、有效值、峰峰值等）

2）无量纲参数如波形因数（有效值/平均值）、峰值因数（峰值/有效值）、冲击指数（峰值/平均值）等

●计数值的倾向管理是指对故障次数、质量缺陷数等离散量进行的倾向管理，也称为“事件监控（Event Monitoring）” 。通常做法是把一定时间内的停机次数（非计划）、故障等绘制为图形，用于了解工厂全部设备的管理状况，也用于某个车间或者是单台设备的管理。

5．6 设备振动监测诊断工作程序

5．6．1 振动监测设备文档建立

设备振动监测文档主要包括设备的一些简明情况，如设备简明履历、主要结构、传动简图、巡检路径、故障记录和检修记录等。具体为：

1） 编制设备文件。建立需要监测的设备清单。并详尽描述所要监测的设备，如机器编号、物

理位置、铭牌上标注的细节，以及轴承和齿轮的有关参数、特征故障频率等。

2） 建立监测设备主要结构图。为了确定振动监测点、以及简易诊断和精密诊断工作的方便，

建议建立设备主要部分的结构图。

3） 绘制设备监测简图和巡检表格。根据设备传动情况，绘制设备监测简图，参考 “设备振动

监测点的选择与标注”部分的内容。应该根据本单位设备特点，编制适当的巡检表格。

4） 建立监测路径。根据步行测量设备的顺序，建立日常监测路径。

5） 建立设备故障记录。掌握设备曾经出现过的故障情况，对于研究该设备的故障机理、分析

掌握其运行状态及建立专家诊断系统都有重要意义。对于主要设备故障要及时、详尽记录，并于设备监控数据对照分析。

6） 建立设备检修记录。掌握设备检修情况、检修精度等，对于判断设备状态、分析设备故障

至关重要。 3）频谱的倾向管理（三维瀑布图，频率分量趋势图）

5．6．2 设备振动监测点的选择与标注

1）监测点选择

测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动。铅垂方向标注为 V，水平方向标注为H，轴线方向标注为A，见图5-2。

图5-2 监测点选择

2） 振动监测点的标注

（1）卧式机器

这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001开始，朝着被驱动设备，按数字次序排列，直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动)机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图5-3~5-5。

图5-3 振动监测点的标注

图5-4 振动监测点的标注

图5-5 振动监测点的标注

（2）立式机器

遵循与卧式机器同样的约定。

3）现场机器测点标注方法

机壳振动测点的标注可以用油漆标注，也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm，直径30mm，用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。

5．6．3 设备振动监测周期的确定

振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则；

1） 装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次），待设备进入稳

定运行期后，监测周期可以适当延长。

2） 测周期应尽量固定。

3） 对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为7至14天；对接近或高于3000

转/分的高速旋转设备，应至少每周监测1次。

4） 对车间级设备监测，监测周期一般可定为每天1次或每班1次。

5） 实测振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期。如果实测振动值接近

或超过该设备停机值，应及时停机安排检修。如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为1天或更短。

5．6．4 设备振动监测信息采集

5．6．4．1 振动监测参数的选择

对于超低频振动，建议测量振动位移和速度； 对于低频振动，建议测量振动速度和加速度； 对于中高频振动和高频振动，建议测量振动加速度。说明如下：

（1）设备振动按频率分类。根据振动的频率，设备振动可以分为以下几种：1）超低频振动，振动频率在10Hz以下。2）低频振动，振动频率在10Hz至1000Hz。3）中高频振动，振动频率在1000Hz至10000Hz。4）高频振动，振动频率在10000Hz以上。

（2）位移为峰峰值；速度为有效值；加速度为有效值；有时根据需要，速度和加速度还要测量峰值。

5．6. 4. 2 振动监测中的几个“同”

为保证测量结果的可比性，在振动监测中要注意做到以下几个“同”：

1）测量仪器同；2）测量仪器设置同；3）测点位置、方向同；4）设备工况同；5）背景振动同。并尽量由同一个人测量。

5．6．4．3 振动数据采集

应严格按监测路径和监测周期对设备进行定期监测。采集设备振动数据时，通常还需要记录设备的其他过程参数，如温度、压力和流量等，以便于比较和趋势管理。设备监测人员要及时作好测试记录的整理、备份；对存在疑义的数据记录，要及时核准；及时分析处理测量数据；作好趋势预测和简易诊断。

5.7 评价机器状态的方法

机器状态的评价是设备简易诊断的重要内容之一，就是根据一些振动标准或方法判断机器处于什么状态，为设备有序运行和适时维修提供依据。

由于机器振动特性之间存在较大差异，在类似运行状况下机器的振动水平会出现较大的差异。一种振动水平在一台机器上可能很好，而在另一台机器上可能会导致严重的后果，因此应对不同的设备建立不同的振动标准。

由前所述，设备振动监测劣化倾向管理的方法有三种，即振动值（振幅）、无量纲参数和频谱图的劣化倾向管理。利用振动测量评价机器状态大体上也分为这几类。

实际工作中建立评价机器状态标准的方法有许多，常见的有振动标准法、类比判断法、趋势图法等等。建立振动的标准还可以参考机器制造商的建议，当然最好是长期监测设备，创建特定设备的标准。

5.7.1 绝对判断标准

振动标准是前人总结了大量实践经验总结出来的，也是评价机器状态最常用的方法。绝对标准有国际标准、国家标准、行业标准等。

一． 在非旋转部件上测量和评价机器

ISO2372（表5-1）、ISO10186（表5-2）等国际振动标准是最常用的振动判断标准。 振动速度有效

值（mm/s）

0.28

0.45

0.71

1.12

1.8

2.8

4.5

7.1

11.2

18

28

45

71

注：

第一类 小型机械（如15Kw以下的电机）；第二类 中型机械（如15～75Kw的电机以及300Kw以下的机械）；第三类 大型机械（刚性基础）；第四类 大型机械（柔性基础）；转速：600～12000rpm；振动测量范围：10～1000Hz。

需要说明的是，ISO2372标准仅适用于机壳或轴承座的振动；对于复杂振动来说，振动速度有效值（RMS）的测量更为重要，RMS值说明了设备振动的能量大小；对于600rpm以下的设备，可能更关心峰值的测试；振动值是所测量的各个轴承各个方向的最大值；应选取机器在额定转速和各种负荷下的最大振动烈度作为判断依据；所谓刚性基础是指机器支承系统的固有频率高于激振力的频率，柔性支承指机器支承系统的固有频率低于激振力的频率。

表5-1 ISO2372国际振动烈度标准 ISO2372 ISO3945 第二类 第三类 第四类 刚性基础 柔性基础第一类 A B A B A A A A C C B B C C B B C C D D D D D D

表5-2 ISO10186国际振动标准

第一组：额定功率大于300KW小于50MW的大型机器

电机转轴高度 H≥315mm

支撑类型 区域边界 位移有效值μm 速度有效值mm/s

刚性 柔性 第二组：额定功率大于15KW小于等于300KW的中型机器

电机转轴高度 160≤ H≤315mm

刚性 柔性 第三组：离心式、混流式或轴流式——额定功率小于15KW的泵

刚性 柔性 支撑类型 区域边界 位移有效值μm 速度有效值mm/s 注：1）适合条件：额定功率大于15KW和额定转速在120 rpm~15000rpm在现场测量的工业机器；2）区域说明：区域A：优质；区域B：良好；区域C：注意；区域D：危险。

二． ISO7919轴振动评价标准

表5-3为ISO7919-1旋转机器轴振动标准。

表5-3 轴振动标准

轴的最大相对振动位移 轴的最大绝对振动位移

区域 转速rpm 转速rpm

使用说明：1）振动幅值是在稳态运行工况下额定转速时的振动幅值；并且两个选定的相互垂直的测量方向上位移峰峰值的较大者，如果只使用一个方向，那么应注意确保它可以提供足够的信息。2）区域A：振动良好，可以长期运行，新交付使用的机器的验收区域。区域B：振动合格，可以长期运行。区域C：振动报警，可以短期运行，必须采取措施。区域D：停机极限、危险，立即停机。3）振动幅值的变化，可以是瞬时的或者是随时间逐渐发展的，振动变化

意味着机组可能有故障。振动幅值变化量报警设定值为：基线值+区域 B上限值的25%。

三．德国工程师协会VDI2059轴振动评价标准

应用范围：转速从3000至3000rpm，尺寸与功率大小不限。适合设备为工业透平机组。 测量方法：采用非接触式传感器，两个探头互相垂直安装。 动态轴位移函数SK(t)表示轴心轨迹曲线。 最大位移 Smax=MAX{ SK(t)}

评价准则1 最大轴位移量必须保持在某一极限值以下。

评价准则2 相对于初始值的最大轴位移变量必须保持在某一极限值。

5．7．2 相对判断标准（横向对比看差异）

是对同一设备的同一测点、在同一方向（V/H/A/NON）、同一工况下的振动值进行定期测定。将机器的正常值作为初始值，后来的实测值与初始值与初始值进行比较。表5-4为ISO2372相对振动标准。

表5-4 ISO2372相对振动标准

注意区 异常区

1000Hz以下低频 2．5倍（8dB） １０倍（２０dB）

4000Hz以上高频 ６倍（１６dB） １００倍（４０dB）

SK(t)=sqrt[ Sx(t)* Sx(t)+ Sy(t)* Sy(t)]

振动良好极限曲线：Smax A=2400/sqrt(n) μm 振动报警极限曲线：Smax B=4500/sqrt(n) μm 振动危险极限曲线：Smax C=6600/sqrt(n) μm

最大轴位移变量极限值：△Smax B=Min{ Smax N+0.25 Smax B ；Smax B+0.25 Smax B}

式子中Smax N为机器多次重复出现的典型参考值。

在实际工作中常用的趋势图法与此类似，可以根据设备运行经验、或经过计算模拟，判断

设备的状态，估计或推断设备的剩余寿命。

5．7．3 类比判断标准（纵向对比看发展）

数台机型相同、规格相同和工况相同的机器，对它们进行测定，通过相互比较作出判断，表5-5为推荐的类比判断标准。

表5-5 类比判断标准

异常区 危险区

5.7.4 波峰因数评价法

波峰因数是无量纲参数的一种，其定义为：峰值与有效值之比。该参数适合于滚动轴承和齿轮箱的早期诊断。设备无故障时，该值为3左右；随故障的出现和发展，该值逐步增大，可达到10～15；当故障发展到一定程度，它又逐步变小，并接近于3。

5．7．5 频谱图报警法

频谱图报警有两种，宽频带报警和窄频带报警。宽频带报警是选择设备正常状态的频谱图齿轮轴承故障的峭度检测也有类似的规律。

1000Hz以下低频

１倍以上 ２倍以上

１000Hz以上 ２倍以上 ４倍以上

作为基准谱，在监测的整个频带上设定若干报警线，一旦某些谱线超过报警线设备即处于报警状态。窄频带报警与宽频带报警不同之处是，窄频带报警的报警线仅针对某些谱线，这些谱线常常是设备的转频或转频的倍频或零部件的故障频率或倍频等，一旦一旦某些谱线超过报警线设备即处于报警状态。报警线的设置要以大量的监测实践为基础才能有效建立。

评价设备状态还有很多种方法，对于齿轮和滚动轴承还可以根据其它一些监测量和方法（如冲击脉冲法等）进行判断。当然感官评价也是最常用的基本评价方法，在实际工作中应综合运用各种方法，以便作出准确判断。

5．8 设备状态监测和故障诊断成效评价 5．8．1 设备状态监测诊断工作绩效评价

设备监测和故障诊断必然存在成本。安排人员，添置仪器。客观地讲，设备监测诊断的成本在设备总成本中占的比例很小，而且还将逐步减小。如何评价设备状态监测和诊断效果是此项工作能否健康发展的重要因素。对于群检和专业点检来说，要考察点检是否严格按照标准化进行作业，点检是否到位、点检是否有效、点检是否发现问题等等。表5-6为宝钢公司曾使用的设备监测成效的一种评价方法。

表5-6 设备监测成效的评价

诊断结果描述 对策

设备状态正常

设备状态

受控点周期性测试诊断

未发现异常

两个监测周期之间突发故障 能够确诊

发现异常

不能提供明确结论，误诊

进行劣化倾向管理 调整监测周期 安排适时检修 进一步提高技术、装

备水平

序号 A B C D

A+C

周期性监测诊断对设备状态的把握率=---------------*100% A+B+C+D

5．8．2 设备故障诊断效益评价

由图1-3可知，设备状态监测和故障诊断贯穿于设备寿命周期的各个阶段，它对于改善设计（设计本身的问题、可诊断性设计）、改进制造工艺和质量、减少库存、指导和评价设备安装和检修效果、保证设备长周期安全经济运行等均有重要作用。

根据实践经验，设备状态监测和故障诊断的经济效益主要体现在避免设备事故、依据诊断结果适时适度维修（适当的时机、用最短的时间、有针对性进行检修；同步维修，确保系统整体效益；延长设备寿命周期等）而产生的产量效益和降低成本效益。诊断实践中有大量例子，下文将给出实例说明，通过典型实例，最能说明设备监测诊断工作的重要性。

此外根据设备状态加油/换油产生的降低油耗、降低无为能量消耗产生的节电效益等等方面都为企业带来巨大的收益。

5．8．3 统计结果

根据美国CSI公司提供的数据，在“RBM优秀奖”统计结果中一些行业在设备监测诊断方

面的投入产出比如表5-7。

表5-7 设备监测诊断投入产出比

自动化 石油 矿业

1：7.5 1:11 1:3

化工 冶金 制造

1:10.941:8 1:7

造纸 公共 其它

1:9.67 1:10.47 1:5

另据英国工业界的统计，设备状态监测带来的收益的65%与产量有关，35%与维修费有关。统计结果显示，最适宜开展状态监测的行业有：能源、动力、煤炭、电力、石油、化工、交通运输、冶金、建材、造纸、纺织、卷烟、造船、汽车等等。

6. 旋转机械常见故障振动监测诊断方法与案例分析

以前人们诊断故障往往采用手摸、耳听等感官方法来判断设备的状态特征。例如一般情

况下，人手能感受低频的振动信息；耳朵可以听到一些高频振动信息，有经验的人可以通过声音判断滚动轴承和齿轮是否有故障；通过眼睛和嗅觉有时可以大概判定油的状态等。但因为人的感觉受多方面因素（如情绪等）的影响，所以即使同一个人，有时感觉也会出现偏差。另外感官判断无法定量化，也难以比较，因此在设备监测诊断中只作为辅助手段。

现在各种设备诊断仪器已经大量普及，用仪器对设备进行点检测试和故障诊断已经成为人

们自觉行为，设备管理工作也由此从被动转为主动。设备诊断仪器的功能也越来越完善，借助它们可以开展许多诊断工作。

6．1 机电设备常见故障振动监测诊断方法 一．转子不平衡

转子不平衡是常见故障，不平衡有多种情况，有力不平衡、偶不平衡和动不平衡等。 ●力不平衡诊断

1）振动波形接近正弦波； 2）轴心轨迹近似圆形；

3）振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向的幅值； 3）振动大小与转速平方成正比； 4）振动频率以1X转频振动为主；

5）振动相位稳定，两个轴承处相位接近。同一轴承水平方向和垂直方向的相位相差接近90 度。

●偶不平衡诊断

1）振动波形接近正弦波； 2）轴心轨迹近似圆形；

3）在两个轴承处均产生较大的振动，不平衡严重时，还会产生较大的轴向振动； 4）振动大小与转速平方成正比；

5）振动频率以1X转频振动为主，有时也有2X,3X等谱线； 6）振动相位稳定，两个轴承处相位相差180度。 ●动不平衡诊断

1）振动波形接近正弦波；

2）轴心轨迹近似圆形； 3）振动以径向为主；

4）振动大小与转速平方成正比； 5）振动频率以1X转频振动为主； 6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近。 ●悬臂转子的不平衡诊断

1）振动波形接近正弦波；

2）在轴向和径向均出现较大振动； 3）振动频率以1X转频振动为主；

4）轴向相位稳定，两支承处轴向振动相位接近，而径向相位会有变化。 二、不对中

不对中也有多种情况，有平行不对中、角度不对中和平行与角度不对中等。 ●平行不对中诊断

1）平行不对中产生较大的轴向振动，但径向振动也较大； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主， 2X 转频振动往往超过1X； 3）不对中严重时，也会产生高阶谐波振动； 4）联轴器两侧相位相差0度。 ●角度不对中诊断

1）角不对中产生较大的轴向振动；

2）振动频率以1X和2X转频振动为主；但往往存在3X以上转频振动； 3）如果2X 或3X转频振动超过1X的30％到50％，则可认为是存在角不对中； 4）联轴器两侧轴向振动相位相差180度。 ●平行与角度不对中诊断

1）产生较大的轴向振动，但径向振动也较大；

2）振动频率以1X和2X转频振动为主；但往往存在高次谐波振动； 3）联轴器两侧轴向振动相位相差在0到180度之间。 三、转轴弯曲

1）振动特征类似动不平衡和不对中；

2）振动以1X转频为主，也会产生2X 转频振动。

3）振动随转速增加很快；

4）通常振幅稳定，轴向振动可能较大，两支承处相位相差180度。

四、机械松动

松动既可能导致机器的其它故障也可能因其它故障所引起，机械部件的磨损变形、轴系的不对中、不平衡等与松动相互影响。因松动引发的振动多为中低频振动，一般在1000Hz以下，振动频率通常为转频或转频的分数谐波及高次谐波，但有时也可能在中高频段有特征表示。常见部件松动时振动频率见表6-1。

表6-1 机械松动及特征

松动类型

松动部位

轴承盖、支座

非旋转件松动

基础螺栓

轴瓦合金松动、间隙大 联轴器磨损、松动

振动频率

转频，高次谐波，分数谐波

转频，高次谐波 转频，高次谐波，分数谐波

转频，高次谐波 转频，高次谐波（有时也

旋转件松动

转子部件配松动

五、齿轮故障简易诊断方法

利用简易诊断仪器，可以对齿轮故障作简易诊断，其目的是判断齿轮是处于正常工作状态 还是处于异常工作状态。现场实用的方法主要有振动值诊断法和判定参数法等。以下主要介绍 振动值诊断法的应用。 ●振动值诊断法

该方法是利用齿轮的振动强度判断齿轮是否处于正常工作状态的诊断方法。它又分为绝对值判定法和相对值判定法。 1） 绝对值判定法

绝对值判定法是利用齿轮箱同一测点测得的振动值，直接评价齿轮状态的方法。用这种方

滚动轴承配合松动

有分数谐波），轴承特征频率

转频，高次谐波； 转子或支承的固有频率

振动具有方向性，测点位置不同，振幅值不同。运行时稳定，暂态过程振幅变化。

振动具有方向性，振动幅值稳定。

形态描述

法必须建立齿轮箱绝对值判定标准。需要对所监测的齿轮箱进行长期监测和评价，才能建立合适的标准，也可以采用一些推荐性标准（速度和加速度标准），并逐步改进。 2） 相对值判定法

利用齿轮箱同一测点测得的振动值，与正常状态下的振动值相比较，根据比值的变化来评价齿轮状态的方法。可以采用表6-2推荐的判断标准。

表6-2 齿轮故障判断标准

注意区 实测值2倍于初始值

●齿轮故障与滚动轴承故障区分

如果在齿轮箱的各个轴承处测量的振动值差异很小或相同，且均超标，说明齿轮状态异常。

异常区 实测值6倍于初始值

如果某个轴承振动值远大于其他轴承振动值，则很可能是轴承异常。

六、滚动轴承故障简易诊断方法

与齿轮故障简易诊断方法相同，利用简易诊断仪器，可以对滚动轴承故障作简易诊断，其目的也是迅速判断滚动轴承是处于正常工作状态还是处于异常工作状态。常用的简易诊断方法有以下几种，实际应用时应综合应用这些方法。 ● 振动值诊断法

参考前述内容，它也分为绝对值判定法和相对值判定法等。绝对值判定法可以建立自己的标准，也可以采用一些推荐性标准（速度和加速度标准），并逐步改进。利用相对值判定法诊断滚动轴承时，可以采用表6-3推荐的判断标准。

表6-3 滚动轴承故障判断标准

注意区

实测值2~6倍于初始值

●波峰因数诊断法

波峰因数定义为峰值与有效值之比。它是一个无量纲参数，它用于诊断滚动轴承的优点是

异常区

实测值6倍于初始值以上

它不受滚动轴承几何尺寸、转速和载荷的影响，也不受传感器灵敏度的影响。

波峰因数适合点蚀类故障的诊断。

使用方法：监测波峰因数随时间的变化趋势，一般经验认为，滚动轴承正常时，波峰因数大约为3~5；轴承出现损伤并发展时，波峰因数明显增大，超过3~5，并可能达到10~15；故障严重时，波峰因数再次回到3~5。 ●峭度诊断法

峭度定义为归一化的四阶中心矩。它也是一个无量纲参数，它用于诊断滚动轴承的优点是

它不受滚动轴承几何尺寸、转速和载荷的影响，也不受传感器灵敏度的影响。

峭度也是适合点蚀类故障的诊断。

使用方法：监测峭度随时间的变化趋势，一般经验认为，滚动轴承正常时，峭度大约为3；轴承出现损伤并发展时，峭度明显增大，甚至可达到几十；故障严重时，波峰因数再次回落到3附近。 ●冲击脉冲法

滚动轴承运行时出现损伤就会产生冲击脉冲，脉冲幅值的大小与轴承的转速、尺寸有关，

同时也表示了损伤的严重程度。目前市售的冲击脉冲测试仪器已经对冲击脉冲幅值进行归一化处理。假设dBM表示冲击峰值，则该值与轴承转速和尺寸无关，仅与轴承状态有关。如果：

dBM＜20,表示轴承状态良好；

20＜dBM＜35，表示轴承工作面有轻微损伤或润滑油脏；

dBM＞35，表示轴承工作面严重损伤或润滑油很脏； dBM＞60,报废。

●滚动轴承部件故障频率计算公式

外环故障频率：

内环故障频率：

滚珠故障频率：

式中：

D — 节圆直径；d — 滚珠直径；β — 接触角；z — 滚珠数；n — 轴的转速。

七、滑动轴承故障简易诊断方法

滑动轴承可能有多种故障，典型的如轴瓦间隙大、油膜涡动、油膜振荡、合金损坏等。 ●轴瓦间隙大

1）径向振动大，特别是垂直方向；

2）可能存在较大的轴向振动，特别是止推轴承；

3）振动频率以1X转频振动和高次谐波为主，也可能存在分数谐波。

因为间隙大引起的振动类似于机械松动和不对中故障，应仔细区别。间隙大与机械松动的

区分：间隙大时，可能存在较大的轴向振动，特别是止推轴承；机械松动时轴向振动较小或正常。间隙大与不对中的区分：间隙大时径向振动大，特别是垂直方向；不对中时轴向振动较大，水平径向振动和垂直径向振动接近。 ●油膜涡动和油膜振荡

1）径向振动大；

2）振动频谱存在0.42到0.48倍转频振动，以及高次谐波为主； 3）轴向振动在0.42到0.48倍转频振动处分量较小。 ●合金损坏

1）径向振动大，往往出现较大的轴向振动；

2）振动频率以1X转频振动和高次谐波为主，常出现分数谐波。

八、喘振诊断

喘振是透平压缩机特有的现象，它除了与压缩机内部气流流动情况有关外，还与管网系统 的工作特性有关，它的发生常与操作不当有关。喘振故障的特征如下。

1）机体、轴承和管网都发生剧烈振动； 2）机组的功率呈周期性变化；

3）机组入口流量小于相应转速下的最小流量； 4）有周期性的吼叫声； 5）出口压力和进口流量波动大；

6）机组的工作点在喘振区或接近喘振区。

九、磨擦

1）振动波形往往出现削顶，通常是瞬态现象； 2）通常径向振动大； 3）常常有异常噪音；

4）振动频率以1X转频振动为主，有高次谐波，常出现存在分数谐波。 5）可能造成系统共振。

十．根据振动值和振动频率初步判断故障

1 ）振动速度有效值过大

建议进行频率分析：

如果0.5X转频振动比1X转频振动大50%，可能存在松动或油膜涡动；

如果1X转频振动至少2倍于其它谱线，可能存在松动、不平衡、联轴器故障； 如果2X转频振动比1X转频振动大50%，可能存在松动和不对中； 如果3X或4X转频振动比1X转频振动大50%，可能存在松动。 2） 轴向振动速度有效值报警或比径向轴向振动速度有效值大50% 建议进行频率分析：

如果轴向1X转频振动或2X转频振动大于径向1X转频振动的50%，可能存在不对中、 轴弯曲等障。

3） 振动加速度有效值过大

十一． 电机振动故障诊断 ●电气和机械振动的区分

电机振动故障的主要原因有电气和机械两个方面。有时是单一的电气问题，有时是单一的机械问题，有时是两种因素共同作用。单一的电气或机械原因产生的振动容易判定，两种因素共同作用产生的振动问题难以分析。

区分电气和机械因素产生的振动比较容易，在电机断电瞬间，如果振动马上消失，则是电气方面的问题；如果振动缓慢消失，则是机械因素引起的。如果是两种因素共同作用，则可以观察断电瞬间什么故障消失了，什么故障仍在起作用。 ●电机常见故障诊断

电机振动故障有不平衡、轴弯曲、不对中、部件/基础松动、摩擦、轴承故障、共振等常见可能存在滚动轴承、齿轮故障，需作进一步分析确认。

旋转机械的故障，这些故障的判断方法见前述。电机常见电气振动故障有转子、定子故障和气隙不均匀等。故障原因和振动特征见表6-4。

表6-4 电机常见振动故障

故障原因

振动特征

1．振动频率为1f,2f,3f等，并且存在间隔为p*s*f的边频带；2．振动波形存在调制，周期为1/（p*s*f）；

3．定子电流信号频谱中1f谱线有±2*s*f的边频带， 观察1f

转子断条或裂纹

谱线幅值与边带谱线幅值之差，若差值： ≥64dB，表示转子正常； ≤50dB，表示存在断条或开焊 ＜46dB，表示断条/开焊严重

转子弯曲/偏离磁场中心/轴承倾斜/轴瓦调整不当

1． 振动频率为1f,2f,3f等，无边频带； 2． 轴向振动较大。

1． 2f振动大，可能存在1f振动；

转子气隙动态偏心

2． 振动波形有脉动，周期为1/2*s*f；电机负荷增大，s增大，

脉动频率增大。

定子电压、绕组阻抗不平衡

定子铁心/线圈松动 定子气隙静态偏心

2f振动大，伴4f、6f、8f等谱线 1． 2f振动大；

2． 可能存在线槽通过频率即Nz*(1-s)*f/p谱线 2f振动大

注：f=电源频率；p=电机磁极对数；s=转差率；Nz=转子线槽数

6．2 振动监测诊断案例分析

一．某钢铁公司供气厂某加压站1#煤气鼓风机组振动诊断

进入2001年5月中旬后，1#机组电动机振动逐步增大，电动机1H和2H振动较大，到5月18日达11mm/s，而此前以前为8mm/s左右。

2001年5月18日上午，气体分公司要求立即停机检修，而此时检修会对后续的球团生产造成严重影响。某钢铁公司股份公司和设备部领导要求判断振动原因，并希望气体公司能将机组运行到5月21日，随球团厂同步检修，尽量减少对球团生产的影响。

机组由电动机和悬臂式风机组成，机组和测点示意图见图1。

1．机组参数

图1

1．1电动机型号YB355 L1-2 隔爆型三相异步电动机； 功率/转速：280Kw/2980rpm；

滚动轴承型号：32218 ；

1．2 离心鼓风机型号：D250-12（上海鼓风机厂，1995年5月）；

1．3 工艺参数： 进口流量 250m3/min；进口压力 98.97Kpa；出口压力 124.54Kpa

2．振动诊断分析

2001年5月18日上午，携带简易数据采集器和FFT分析仪等测试仪器到现场进行精密、快速诊断分析。为了对比分析，对同样机型的2#电动机也进行了测试。 2．1 1#机组和2#电动机振动数据（见表1和表2）

设备名称 电动机 电动机基础 风机

测点 1 2 B1 B2 3 4

表1 1#机组振动数据

V H

5.5 7 3.4 1.2 3.2 2.5

10 11 6 5 3.5

3.5

A 3.5 2.5 2.2 3.2 4.5

注：1、表中数据均为振动烈度值，单位为mm/s；2、V=垂直径向，H=水平径向，A=轴线方向

表2 2#电动机振动数据

设备名称 电动机

2．2 精密诊断分析

由表知1#电机振动较大，几乎是2#电动机振动值的2倍，显然1#电动机存在故障。图2、图3和图4分别是2H测点的振动加速度波形、加速度频谱和速度频谱。由图2可知振动波形存在明显尖峰，间隔为每转一次；从频谱上看电机非负载侧轴向、电机负载侧水平方向（2H）基频49.6Hz能量大，也有一定数量的高次谐波。电机轴承推力面上(2A测点)有冲击信号。分析

测点 1 2

V 6 3

H 5.5 2.2

A 2 2.8

后认为,电动机振动主要原因是轴承元件磨损或轴承间隙变大引起的。

根据这一诊断结论认为，判断机组运行到5月21日有较大把握。在此期间设备诊断人员和气体分公司要严密监控，气体公司随时作好检修准备工作。

图2 图3

1X 2X 3X

图4

3． 检修验证

2001年5月21日下午2时，1#机组随球团厂停产而检修，更换上新备用电动机，晚上11时开机。22日上午对机组进行测试，数据见表3。电动机非负载侧基础测点及2H振动略大，分析认为振动主要原因是电动机非负载端基础与水泥基础之间没有压实造成。

表3 1#机组振动数据

设备名称 电动机 电动机基础 风机

测点 1 2 北B1/南B1 北B2/南B2

3 4

V 5 5 4.5/1.7 1.2/1

3 2.2

H 4.5 7 2.2/1.5 1.8/1.4 2 1.5

A 3.2 3.5 2.8/1.8 2.8/1.3 2.8 2.2

拆机检查滚动轴承，情况如下：

1）非负载侧轴承（1个）：

型号：NU218，日本制造，滚珠16个；

缺陷情况：

保持架孔磨大，保持架本身磨去约1mm；存在跑外圆现象。显然由于滚动轴承径向间隙变大，造成滚珠公转速度存在差异，导致保持架孔磨损；孔磨损后，保持架径向游动，撞击外圈，进一步加剧保持架磨损。 2）负载侧轴承（2个）：

径向轴承型号：NU218，日本生产；滚珠16个；

缺陷情况： 明显跑外圆现象。

3）推力轴承型号不明；滚珠10个；

缺陷情况：

推力面有约10mm宽磨亮痕迹，磨出的凹槽有约1mm左右。 说明存在轴向冲击力。

4）轴承故障情况实物照片

4．经济效益分析

以上检修结果说明5月18日现场诊断完全正确，处理措施得当，保证了球团厂正常生产，为公司赢得经济效益。按最保守的计算方法计算如下：

球团日产：2200吨（按单台加压机对生产影响一半计算为1100吨）； 每吨价格（股份公司内部价）：350元；

保产时间：按2001年5月18日检修8小时计算（实际检修9小时多）； 直接生产效益：1100*（1/3）*350=128333元。

间接经济效益估计是直接生产效益的3至5倍左右，即37至60万元。

二、某钢铁公司四铁厂高炉粉煤风机的振动监测及故障诊断

高炉喷吹煤粉技术是炼铁降耗的关键因素之一，以生产煤粉为主的某钢铁公司四铁厂制粉

车间有两套独立的制粉生产线，分别成称为一系列和二系列制粉设备。自1995年投产以来，为高炉降耗起到了积极作用。每个系列的制粉设备分别由一台制粉机和两台风机等主体设备组成。两台风机的作用是：一次风机主要是对制粉后的一次回收；二次风机是对一次风机收集后的二次收集。

由于生产工艺的影响，通常一次风机叶轮的磨损较二次风机叶轮的磨损要大得多。因此一次风机是故障多发设备，也是重点监测的设备。下面以一系列一次风机为例介绍了利用振动方法开展高炉粉煤风机的监测及故障诊断。

1．机组概况

一次风机为悬臂式风机，传动形式为电动机通过弹性联轴器直接驱动风机，机组基本技术

参数为：

电动机为Y400-50-4 型三相异步电动机；功率450Kw；转速为1485rpm

风压为9830Pa；日产煤粉为450t。 风机为M9-26NO15D型离心鼓风机；流量为101330m3/h； 机组传动及监测点示意如图1 。

图1

2．风机振动监测

1995年底机组投产后，即使用B&K2513简易测振仪，对一次和二次风机进行定期（每月1次）振动测试，建立振动数据库，进行劣化倾向管理。如图1所示，测振点选在电动机和风机4个滚动轴承处，分别测试各轴承的V(垂直径向)、H（水平径向）和A（轴线方向）的振动烈度。下面是一个具体的监测诊断例子。

如表1所示，1996年1月数据为机组投产后运行平稳时的振动值。由表1知，96年1～

2

月机组运行仍较为平稳，但从97年开始出现劣化迹象,进入2月分后劣化更是加速发展，尤其是4H测点。

对表中数据分析后发现，机组的振动以水平径向为主，垂直振动次之。从生产工艺知，一

次风机主要是收集煤粉，因此在经过长期运行后，风机叶轮遭冲刷磨损的可能性很大，判断叶轮存在不平衡。停机检查发现，叶轮叶片磨损严重，多处被磨通，破坏了叶轮的动平衡。这次检修并没有对机组其它部位进行检修，很快恢复生产。检修后机组恢复正常，振动值见表1。此外1999年7月28日，曾发现机组轴向振动加大，停机检查发现联轴器松动，处理后机组恢复正常。

3．一次风机典型振动故障诊断

从2000年7月11日始，一次风机振动开始加大，逐步超出正常。经过一段时间跟踪测试，至2000年10月8日振动值已经超出控制范围（见表1），为此对机组进行了精密诊断。由表1知风机振动很大，测试时发现风机轴承座钢基础振动也较大，3和4点钢基础H向振动接近20mm/s。图2为风机4H振动波形和速度频谱，可见引起风机H向振动的主要频率是风机运转频率25Hz（现场实测转速为1490rpm，即24.83 Hz）及其谐波。振动波上波形存在明显冲击。从相位分析知3、4两点H向振动同相位。

图2 4H振动波形和频谱图

综合以上振动信息判断：引起风机剧烈异常振动的主要原因是风机转子组件动平衡差；风机轴承座松动。建议检查风机转子组件动平衡状况并校正；检查风机基础。

日后该机组停机检修，检修发现风机轴存在尺寸偏差，风机轴与联轴器连接一端滚动轴承轴颈为椭圆，直径差最大达到100µm。轴的椭圆度过大将产生较大的动载荷并作用于轴承座上；由于轴颈不可能为理想的椭圆，所以转子系统的动平衡肯定遭到破坏。风机叶轮一端滚动轴承轴颈尺寸偏小，风机滚动轴承内圈与轴配合存在松动，风机轴被判报废。检查发现风机轴承座基础严重松动，并重新做灌浆处理。检修后2000年10月27日风机试车结果见表1。可见检修后除3H测点振动稍大外，其它点均为优质状态，目前机组已恢复正常运行。3H振动大的主要原因是：该处下轴承座两边与轴承上盖在水平径向方向每边有约10µm的误差。

三、某钢铁公司高速线材厂棒材生产线10#轧机减速机断齿振动诊断 1． 基本情况

高速线材厂棒材生产线从2000年10月30日7时至2000年11月4日1时30分进行了中修，10#机架也进行了检修。

10#机架检修的原因是，该机架输出轴的主动齿轮断裂了3个齿，另有2个齿存在裂纹。这次检修更换了有问题的齿轮轴，并对其它部位也进行了重新组装。检修完试车时没有发现发现异常振动；到11月4日午夜轧钢时，10#机架发出刺耳噪声并且剧烈振动。当时仅怀疑新换上的齿轮轴与原受伤的被动输出轴齿轮啮合不好造成，并且希望通过磨合后状况会慢慢好转。事实是设备状况越来越差。

11月5日上午，停机检修并更换了机架，开机发现振动仍大。

2． 振动诊断

11月5日下午，设备诊断人员对10#机架进行了现场诊断，该机架结构简图及测振点位置见图1。诊断所用仪器为 B&K2513型测振仪、7201型电荷放大器、TEAC-MR-30型磁带记录仪和CF-360型FFT动态信号分析仪等。减速机振动烈度值如表1。

表1

10#机架11月5日振动烈度值

注：表中1、2和3点的V/H/A方向均是相对于圆弧锥齿轮组主动轴而言的，即以主动轴的水平径向作为H，以铅垂径向作为V，以轴线方向作为A，以下同。

图1 10#机架减速机装配图

图2 1V测点振动波形

图3 1V测点加速度频谱

减速机在轧钢情况下的振动波形和频谱图如图2和图3。由图2可见，波形图上存在一连

串冲击，冲击间隔为圆弧锥齿轮组的啮合频率。由图3可见，引起振动的主要频率为圆弧锥齿轮组的啮合频率及其2至15阶谐波，表明圆弧锥齿轮组啮合不良。图2中冲击的存在很可能是某个有裂纹或局部断裂的轮齿进入啮合造成的。

现场分析时还发现即使在空载情况下，圆弧锥齿轮组的啮合频率和冲击也比较明显。 减速机其它各点的振动也是由于是圆弧锥齿轮组啮合振动引起。

根据上述诸因素并结合诊断经验综合分析后，在棒材现场告诉高线厂减速机异常振动的原

因是：

（1） 圆弧锥齿轮组齿轮存在过度磨损现象；

（2） 圆弧锥齿轮组齿轮个别齿很可能存在裂纹或断裂。

因此建议停机检查圆弧锥齿轮组齿轮状况。需要说明的是回到实验室后，又对现场录制的信号进行了详细分析，发现圆弧锥齿轮组被动齿轮轴转频12Hz非常明显，而且存在亚谐波和大量高次分数谐波，说明转动件存在松动现象。

3．

检修情况

长期监测诊断经验表明，圆弧锥齿轮组运行是相当平稳的，很少发生裂纹或断齿现象。况且10#机架减速机刚刚整机检修装配后运行不足2天，所以有关方面拒绝接受这个诊断结论。故11月6日检修时仅对减速机进行了检查，并疏通了减速机回油管路。检修后重新开机，轧钢时减速机振动仍大，见表2。

表2

10#机架11月6日检修后振动烈度值

因此只得再次停机检修减速机。检修发现，圆弧锥齿轮组主动锥齿轮存在一定磨损，从动锥齿轮有一个轮齿断裂，断裂面大约为2.5cm*1.3cm，说明5日下午诊断结论正确。断齿实物照片见图4。

图4 从动锥齿轮断齿实物照片

更换新的圆弧锥齿轮组，及该齿轮组所有滚动轴承后，机组于11月7日20时试车，轧钢

时振动值如表3。

检修后11月7日，10#机架减速机最大振动值为4.0mm/s，空转最大振动值为1.3mm/s；而

以往减速机空转时最大振动值为2.8mm/s。11月9日轧钢时减速机振动略有增加，数据见表3。可见检修达到了预期效果。

4．断齿原因简析

11月7日减速机拆机时发现，前次检修时从动锥齿轮和支撑轴承的轴向定位隔圈没有装上

去，导致该齿轮轴线方向无法定位，轧钢时形成啮合冲击。轧钢时巨大的冲击造成从动锥齿轮某个轮齿首先产生局部裂纹，然后随着裂纹的不断扩展，最终导致蹦齿断裂现象。

隔圈在上次检修现场找到，经过检查清洗，本次检修已经装上。

5．损失情况

10#机架本次故障造成损失情况如下：

锥齿轮组设计寿命一般为10到20年,棒材从1998年9月28日试生产到正式投产运行至今，实际工作寿命仅为2年，本次检修这对齿轮已经更换报废；同时更换了该齿轮组的所有滚动轴承（过大的震动造成滚动轴承有一定损伤），造成大量备件费用损失。

（1）生产和利润损失

当时棒材产量约为2600吨/24小时；净利润约为300元/吨。 11月6日第一次检修时间：上午8时---下午4时共8小时。损失情况：

产量损失：867吨

净利润损失：27万元。这些损失从反面反映了一次正确诊断所带来的经济效益。

（2）11月6日至7日第二次检修时间：6日下午5时---7日下午8时共27小时，损失情况：

产量损失：2925吨

净利润损失：88万元

（3）大量的检修人力和物力损失。

圆弧锥齿轮轮齿断齿故障非常少见，更加上10#机架减速机整机大修装配后运行才1天多，所以在现场诊断时，我们也觉得吃惊。但设备强烈的振动和刺耳的噪声等信息表明故障的确在圆弧锥齿轮组，因此强烈建议检修该对齿轮。如果有关方面接受这个结论，本次检修的时间就会减少8小时，就可以多轧867 吨材，减少净利润损失27万元。

粗心的检修和不当的决策使得这次故障直接经济损失达100多万元，教训是非常深刻的。 通过这次准确的诊断，为检修指出了方向，现身说法地向检修、生产各方宣传了设备诊断

技术在指导设备检修中的重要作用，及在连续生产设备上广泛推广此项技术的重要意义。

另外由本次测试诊断并联想到不时发生的严重设备事故，也使我们意识到设备监测诊断人员有时是处于一种不安全的境地。因为在现场进行设备监测诊断工作时，有时设备已经处于严重故障状态，而一旦发生突发性事故，将可能对人身安全造成严重后果。

四、某供排水厂312#水泵异常振动精密诊断与故障排除

某钢铁公司供排水厂312#水泵机组因电动机绝缘下降，于2001年6月由动力厂进行了维修处理。检修后机组在6月24日在带负荷试运行时，水泵3点轴承座（见图1）振动烈度值达4.8mm/s，试车20分钟，水泵3点轴承烧毁，之后对3点轴瓦处理并作好机组对中。重新修理后机组振动仍然很大。对检修结果和检修质量，供排水厂和动力厂争论较大，为查找机组异常原因于2001年7月9日对机组进行了精密诊断。

1．机组传动示意图及测点布置

水泵由电动机直接驱动，电动机型号为JFZ型三相异步电动机；功率为800Kw；转速为493r/min；电动机和水泵均为滑动轴承支撑。图1为机组传动示意图及测点布置情况。

图1 机组简图及测点布置

2． 振动测试数据

机组各测点振动烈度值（单位为mm/s）见下表：

3． 诊断分析

由振动波形可知，机组各个轴承均存在不同程度的冲击振动，以2点和1点轴承最明显。图２为２H测点７月９日测试时机组运行和停机过程的振动加速度波形，由图２可知，机组停

机后脉冲的间隔随转频的降低而变大，说明存在机械装配方面的问题。

波形分析显示，2H加速度峰值比1H的要大许多；对比分析后得知，１H测点的冲击波峰滞后2H测点3～4毫秒；与２点相联的３点（弹性柱销联轴器）波形也存在冲击波峰，但也滞后2H测点。这些信息说明１点和３点的冲击是由２点传递过去的。图3为2H 测点的速度谱图，可见机组振动频率为电动机转频8.22Hz及谐波为主。

因为机组刚刚检修过，因此电动机转子和水泵转子的平衡状态较好，对中也不存在明显问题。

综合以上信息判断：2点滑动轴承安装不良是引起冲击振动的主要原因。

图2 检修前2H运行及停机过程振动波形 图3 检修前2H速度谱

图4 检修后2H振动加速度波形和速度谱

4． 检修情况

根据诊断结论，对２点轴承安装情况进行检查，发现2#瓦上盖螺栓存在质量问题，其中一只螺栓处于滑丝松动状态，显然这是前次检修马虎造成的。机组在停机状态复查中心，对中良好，但运转时由于2#瓦上盖未压紧，电动机与水泵动态对中存在严重不良，电动机轴的跳动引起整个机组振动增大。

之后对该瓦上瓦盖进行了找平等加工处理，并新加工了４只固定螺栓。在检修中还调整了电动机气隙。检修后7月23日在作业状态下再次对机组进行了测试，机组振动数据见前表。可见机组总体振动已经明显下降，处于合格范围。

观察各个测点振动波形知，冲击振动已经消失。图4为检修后2H的振动加速度波形和速度频谱图，振动频率仍为电动机转频及其谐波，但谐波数量已经明显减少，说明问题基本解决。

五、某烧结厂烘干筒减速机振动监测诊断

[摘要] 通过对某烧结厂一台新烘干筒减速机从安装运行到损坏全过程的振动监测，研究了低速减速机的振动监测方法，认为监测轴承部位的振动速度值和振动加速度频谱，并结合振动加速度波形分析，可以有效把握减速机的运行状态，对大量类似减速机运行状态的振动监测与齿轮故障诊断具有重要指导意义。

1． 问题的提出

从2001年11月到2002年3月初，某烧结厂烘干筒减速机多次损坏，主要表现为齿轮严重点蚀、磨损和断裂。从I轴到Ⅳ轴均有齿断裂，而且常常从根部沿整个齿宽方向大面积断裂，有两个齿轮箱的寿命还不到20天。减速机壳体还出现温度过高的现象，为此不得不采取了齿轮箱油体外循环冷却的方法，以降低减速机壳体温度，同时采用风扇日夜吹风，降低电动机和减速机温度。这些故障和事故严重影响了生产，给某烧结厂造成了较大生产损失和维修成本压力。但由于多个生产厂家的减速机均出现此类故障，所以故障原因并不明确，比较一致的意见是传动系统设计功率欠足或齿轮箱制造质量差。

烘干筒的作用是对生产球团的原料进行烘干，烘干筒的工作状态将对后续的球团生产产生很大影响，并将间接影响炼铁生产。烘干筒的设计产量为135 t/h，以保证日产2400~2500t 的球团产量。烘干筒的传动部分是电动机带动一个三级减速的减速机，再通过减速机输出轴的小齿轮带动大齿圈驱动滚筒，见图1。该类减速机因转速较低，其振动监测一直是个难题：1）选择什么仪器比较合适？2）监测什么振动物理量最好？

2．烘干筒传动系统参数

2．1 电动机 型号：Y355L1-6异步电动机；功率/转速=220Kw/991rpm； 2．2 减速机 型号：ZSY500型硬齿面圆柱齿轮减速机；传动比i=35.5； 2．3 减速机故障特征频率参数

转速（rpm） 频率（Hz）

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

Ⅳ轴

Ⅰ、Ⅱ轴啮合频率

Ⅱ、Ⅲ轴啮合频率

Ⅲ、Ⅳ轴啮合频率

2．4 烘干筒规格

传动系统简图φ3m*25m，监测期间烘干筒进行限产，产量为130t/h（正常时为135t/h）。 2．5 传动系统简图如下

减速机

图1 烘干筒传动系统简图

3．振动监测过程及诊断分析 3．1 监测过程

2002年3月5日下午，新减速机安装完毕投产。从3月6日开始至7月18日（该减速机损坏），对减速机组进行了4个多月跟踪监测，积累了大量数据。监测系统为美国ENTEKIRD公司生产的DataPAC数据采集器及配套的EMONITOR Odyssey管理软件。同时使用丹麦B&K公司生产的BK2513型振动测量仪对机组的振动进行跟踪监测。

3．2 测点位置方向选择及监测物理量

为使测量结果能够有效反映机组实际运行情况，根据机组特点和现场测试条件对测点和监

测物理量进行了优化选择，分别测量了各个监控点的振动速度、加速度和位移参量，见下表。

设备 测点 方向 物理量

电动机

速度（mm/s）、加速度2

（m/s）、位移（um） 减速机

3．3 振动值分析

对各测点的振动数据分析可知，随着减速机状态的劣化，轴承部位的振动速度值呈现逐步

增大态势，见图2和图3。特别是从2002年6月初开始，振动速度值呈现逐步变大趋势，说明设备状态的劣化可以明显地通过监测速度值来把握。

而各测点的振动加速度值和位移值在整个运行周期中，随着减速机状态的劣化，没有明显的变化规律，说明振动加速度值和位移值的测量，不能有效反映减速机的运行状态。

图2 5V和5A测点振动速度趋势图 图3 6V和6A测点振动速度趋势图

3．4 振动加速度三维趋势图分析

从新减速机开始运行到报废，观察各个测点的三维加速度谱阵，可以发现：1）较低频段的加速度谱线没有明显变化；2）随着齿轮状况劣化，较高频段显著变化，主要表现为：

图4 5V 测点趋势图

a) 故障齿轮转频的高次谐波谱线显著增长； b) 故障齿轮的啮合频率及其2倍频谱线增长快；

c) 在故障齿轮的啮合频率及其谐波附近出现大量边带，并且边带谱线逐步增长。 图4是5V 测点三维加速度趋势图，从图上可以清楚看到随着齿轮状况的劣化各频段谱线的变化情况。

3．5 波形和频谱分析

由监测过程可知，设备正常时，机组测点振动加速度波形比较随机，只有少量无规律的脉冲信号。异常出现并发展时，波形上冲击逐步增大，见图5。

图5 故障发展时5V测点振动波形和频谱

7月3日烘干筒停机检修，打开减速机人孔观察，发现II轴小齿轮有4个齿存在胶合和局

部剥落现象。在7月9日的加速度波形上，已经出现明显的故障特征。在图4上也可清晰看出，Ⅱ、Ⅲ轴啮合频率2倍频谱线显著增长，这些信息表明Ⅱ轴齿轮缺陷正在进一步劣化。7月12日，打开减速机人孔观察，II轴小齿轮有一齿断裂，直到齿根。

在减速机停机更换前20分钟，进行了最后一次测试，见图5。据了解减速机从7月17晚

上就开始出现较大的异常声响，箱体振动增大。由图5可知，5V加速度波形出现显著的有规律的脉冲冲击信号，Ⅱ、Ⅲ轴啮合频率及其谐波谱线显著增长，边频带谱线增多。这是齿轮严重故障的征兆，可能有多个轮齿断裂。

4．减速机损坏情况

打开减速机人孔观察，发现Ⅱ轴小齿轮（齿轮轴）连续有7个齿断裂，其中有5个齿沿齿

宽方向从齿根整体断裂，2个齿局部断裂。

Ⅳ轴齿轮大多数齿面存在剥落坑，剥落部分沿整个齿宽都有。

5．经验教训

通过对减速机大量振动数值、振动加速度三维趋势图、以及减速机从基本正常到缺陷出现并发展，直到断齿损坏的信号分析，得如下结论：

1） 利用普通振动监测仪器完全可以有效监测低速减速机的运行状态。

2） 在振动值的监测方面，以测量轴承部位的振动速度值可以准确反映减速机状态的变化。 3） 观察加速度频谱的变化，可以发现早期设备缺陷。

4） 正常状态时，振动加速度波形呈现随机状态，当齿轮出现缺陷，波形中将出现有规律的脉冲。随着齿轮缺陷的发展，脉冲强度将逐步增强。

7．机器状态监测和诊断专业人员的素质要求

1999年8月，ISO制定了《机器状态监测和诊断——专业人员的培训及认证》（ISO/TC 108/SC5 WG7）标准文件，该文件的第一部分是一般指南；第二部分是振动分析。

在“一般指南”中，文件指出：机器状态监测和诊断是预知维修计划整体的一部分。在状态监测和故障诊断中使用的非妨碍技术包括振动、红外热分析、润滑分析及电动机电流分析等。在许多情况下，这些技术是作为互相补充的状态分析工具发挥着作用。测量和数据分析的特殊技术及经验对有效应用这些技术的实施人员是至关重要的。

对于进行机器状态监测、识别机器故障及维修行动的工作人员，该标准提供了由国家机构进行认证的方法。这一标准的认证应该给出个人使用便携和固定安装的传感器及设备进行测量和分析并用以下各项技术和故障维修作业评定机器状态的能力资格：振动、红外热分析、润滑分析、对中、平衡、根本原因失效分析等。

该标准对从事机器状态监测和诊断的专业工作人员分为3类，规定了在国家认证机构指导下进行认证管理的详细过程、预选人员的要求及资格考试的一般管理程序等。

振动分析应用测量来监测状态和诊断机器故障，这对于大多数工业的预知维修计划已经成为关键活动。其它非妨碍技术如红外热分析、润滑分析及电动机电流分析等被用作为补充的状态分析工具。那些在工程中勤勉并不断使用这些技术的人们已经体会到它们的价值远远超过预期的投资返还收益。不过这些计划的有效性依赖于进行测量和分析数据的个人能力。

在“振动分析”部分，标准规定了对于监测机器状态和识别、校正机器故障的振动专业人员的培训及认证的要求。

●振动技工的要求

符合振动技工要求的个人有资格实施单通道机器振动测量。

他们应该不负责选择传感器、振动分析机器及所用分析方法，也不负责测量结果的评价，

他们应该有能力完成以下工作：

a) 按事先计划的方法操作便携仪器； b) 由仪器获取读数； c) 把结果输入数据库；

d) 按照事先规定方法进行稳态运行状态下的测试； e) 实施功能测试并护理便携式振动仪器

●I类振动专业人员的要求

经检定为I类振动专业人员的个人是胜任的工作人员。他们合格于：按确立和认可的方法应用单通道测量具有或没有相位启动信号，进行工业机器的振动测量和基本振动诊断。作为I类振动专业人员合格的工作人员需要有对振动技工预期的所有知识和集注，并且还应该有能力完成以下工作：

a) 选择合适的机器振动测量、传感器和分析技术； b) 设置仪器用于振幅、频率和时间的正确分辨率；

c) 应用谱分析进行机器与构件诸如轴、轴承、齿轮泵和电机的基本振动诊断； d) 保持结果和趋势的数据库；

e) 进行基本（单通道）冲击试验以确定固有频率；

f) 按照可用的规范和标准，分类、解释和评定测试结果（包括验收设备）； g) 建议校正措施。

●II类振动专业人员的要求

经检定为II类振动专业人员的个人合格于按确立和认可的方法实施和／或指导机器的振动测量和振动诊断。分类为II类振动专业人员的工作人员需要I类振动专业人员预期的所有知识和技术，并且还应该有能力于：

a) 对便携和固定安装的系统，规定合适的振动仪器硬件和软件；

b) 测量、并在稳态和非稳态运行条件下具有或没有相位启动，对于单通道频谱及时域曲线和轨迹实施诊断；

c) 建立振动监测计划包括对机器确定周期/连续监测、测试频率、路途规划等； d) 建立计划用于规定振动要求和新机器的验收准则；

e) 基本上理解并且能指导使用可选择的状态监测技术（如热分析、电机电流分析和油品分析）；

f) 建议并实施现场校正行动，例如动平衡、对中和更换机器部件； g) 应熟悉并建议设计的校正措施，包括（避免共振）调谐、隔振和阻尼； h) 进行基本的两面平衡；