振动监测与故障诊断综述，声振论坛沙龙活动主题报告
编者按：本文是声振论坛会员奚成春（ID：vib001）在一次声振沙龙中为大家所做的主题报告，内容包括：故障诊断简介、故障诊断应掌握的知识、应具备的仪器、现场经验、基本分析、案例分析，希望大家从中有所收获。
1.故障诊断的定义
通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理、分析、提取特征，从而定量诊断（识别）机械设备及其零部件的运行状况（正常、异常、故障），进一步预测将来状况，最终确定需要采取的必要对策的一门技术。
主要内容包括：对设备运行状态的监测、诊断、预测。
2.故障诊断的目的
（1）及时、正确、有效地对设备的各种异常状态和故障状态做成诊断，预防和消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。
（2）制定合理的检（监）测维修制度，保证设备工作时能发挥最大的设计能力；同时再允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服务期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用。
（3）通过监测监视、故障分析、性能评估等，为设备改造、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。
3、故障诊断的任务
（1）状态监测
（2） 故障诊断
（3）指导设备维修管理
4. 效益评估
诊断经济效益系数＝诊断效益（节约费用）/诊断成本
诊断效益包括：停产损失＋备件费用＋检修费用等
诊断成本包括：诊断系统投资/年限折旧＋诊断费用
5.效益评估实例
某工厂的甲醇压缩机改造前设备运行不稳定，表现为开车时，齿轮箱和压缩机的振值到报警值，而且不稳定.齿轮箱和压缩机的振值报警值38μm 联锁值为65μm。经常在开车后振值升高联锁动作，机组停车，再次开车情况更糟糕，有时启动机组时振值就达到联锁值，机组不能正常开车，严重影响甲醇系统的正常运行。
通过安装振动监测系统的分析结果结论为改造后压缩机轴承的承载能力不足。鉴于此，我们做出方案：在不改变压缩机外壳的情况下改变轴承内部结构，提高轴承的承载能力。结合实际情况，改变压缩机轴承的宽径比。实际设计时，宽径比由原来的0.4 增加到0.6 。
经过改造后，系统在2005年6月9日开车，压缩机启动开车时振值最大到20μm，正常工作时为10μm，齿轮箱的振值最高也仅仅有15μm，改造前为42μm，经过多次开车始终如此，效果非常好！
改造前径向轴承损坏情况
按每年停车8次，每次停车检修两天计算（每吨甲醇按2500元计算，每天产 量150T）
1. 停车检修费用
A1＝2500x150x2x8＝6,000,000元
2. 备件节约情况：（每套备件2万元，一次更换4套轴承）
A2＝20000x4x8＝640,000元
3. 提高产量情况：（按每年300天计算）
改造前负荷：150吨/day
改造后负荷：174吨/day
A3＝（174-150）x300x2500＝18,000,000元
总计年效益：
A＝A1＋A2＋A3＝6000000＋640000＋18000000＝24,640,000元/y
投入经费：诊断系统投资30万元，监测费用：1万元/年
诊断成本：B＝30/10年折旧＋1万元/年＝4万元/年
诊断经济效益系数＝A/B=2464/4=616
说明甲醇压缩机组诊断监测系统投入后的经济效益是非常可观的。回报也是丰厚的。
故障诊断需要具备以下方面的知识：
深厚的机械知识：机械原理，机械结构，机泵原理，大型机组安装、调试、开车、维修等。这些需要一定的基础知识和多年的工作经验涉及的问题很多。
电子仪表知识：逻辑关系、仪表仪器的原理、安装调试、本特立仪表等。
电气知识：电动机的工作原理和结构、直流控制原理等。
现场工艺：这个也是非常需要的，振动由多方面原因构成的，有时工艺原因也造成振动异常，包括工艺开车前的准备情况、开车过程是否正确、是否隐瞒开车时出现的异常情况等。
有一次检修结束透平单试的时候出现振值高达100的情况，频谱分析为1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 12X ，1X占主要分量，预示转子存在弯曲，进而有摩擦。因为此转子刚刚做的高速动平衡，原始不应该存在弯曲。最大可能是在透平抽真空暖管时没有及时盘车产生的热弯曲，有关领导问操作工，操作工回答：及时盘车了。
因我和操作工比较熟悉，拉他到一旁，问他，他笑了，这样我就心里有底了，决定延长暖机时间，1小时以后振值下降，重新升速，振值没有上升。
化工生产中涉及到的一些概念
1.找证
也叫对中，就是将驱动设备的轴和工作机器的轴之间满足设计要求。
具体实施：机械对中法和电子对中法
机械对中：单表对中和三表对中
电子对中：激光对中 505
2.暖管
将汽轮机蒸汽入口管预热到一定温度，有暖管线路。
3.暖机
让冷态的汽轮机在低速下内部温度逐步升高，让汽轮机部件充分膨胀，排除冷凝液。
4.抽真空
为汽轮机建立工作所需要的真空系统。
5.盘车
为了防止汽轮机等设备的热弯曲，定时将转子进行人为的在线转动。
方法：手动盘车 电机盘车 液压盘车
6.喘振
工厂：转速到 气量不足 开防喘振或者降速
7.共振
转动部件的运转频率和设备的固有频率接近时产生的振动急剧加大的一种现象。
8.临界转速
转子的固有频率，具体定义就不写了。
9.电子调速器
控制汽轮机转速的电子装置 505 505E
伍德瓦特 PG－PL
将原来的机械控制过程转换为电子逻辑电路
10 电液转换器
将电子调速器输出的电子控制信号转换为现场需要的油压、气压信号
11专用工具
检修相关设备必须的专用设备，如拆卸、装配的工作， 对中找正，加热器
12. 联轴器
以前叫联轴节 现在统一规定叫联轴器，将驱动设备的动力传递到被驱动设备的一个机构。
种类很多： 齿式、 弹簧片、膜片、橡胶垫等。
巧妇难为无米之炊
要想诊断设备故障，必须有相应的测量监测仪器。
1.在线系统
主要监测比较重要的机泵，压缩机组；
要监测的设备一般都是单系列（没有备机），长周期运转的重要设备。
如深圳创为实的S8000系统、本特立的DM2000系统；
这些监测系统具有实时性，能及时扑捉到设备的异常。
2.离线系统
主要监测现场的一般机泵
定期巡检 定期测量 有异常时缩短测量周期
如北京普迪美的VB系列 entek的 振通的9XX系列
3.其它辅助仪器
测温仪 现在一般用激光测温仪或者温度场测量仪，测量相应部位的温度
频闪仪
测转子转速和观察相关转动部件的状况
这个问题最复杂，需要相关人员掌握多方面的知识，实践经验是逐步积累的：包括机电仪都要掌握、现场检修等，都需要工作年限和自己的努力。没有现场经验就很难准确判断故障。
利用采集到的数据进行相关的分析，结合现场情况，对故障设备的情况进行判断，给出结论，提供解决问题的方法。
可以使用时域波形图、频谱图、趋势图、过程量、波的图，瀑布图，有时需要多图结合。
我采用最多的是频谱图，也参考其它图谱，包括：不平衡、热弯曲、不对中、磁拉力不平衡、松动、齿轮故障、滑动轴承、油膜涡动、油膜振荡、气隙振荡、内腔积液、转子内阻、径向摩擦、轴向摩擦等故障的PPT教程。
1.某大型化肥厂原料气压缩机100C4
中压蒸汽透平（36bar,348℃，4450Kw,带注汽）
驱动一压缩机（流量36093m3/h，单缸，两段）,
径向轴承为五块可倾瓦式，止推轴承为米契尔式,
压缩机报警值48.26μm ,联锁值71.12μm
透平:31.23μm ,28.23μm ,12.41μm ,13.48μm
压缩机:32.51μm ,0.43μm ,0.43μm ,32.30μm
从振值看，未达报警值，但频谱显示3x,4x,异常，占总振值的80%，分析结论为轴承故障，建议检查压缩机后轴承；5月初检修时发现100C4后轴承其间隙已由标准值0.11mm发展为0.22mm,已严重超差。
2. 快 锅 引 风 机 振 动
2000年11月29日,合成车间快锅引风机
(300KW,1500RPM)振动,在现场测得电机的
振值分别为
A：22.00mm/s,24.01mm/s(联轴器侧);
B：8.39mm/s,7.88mm/s(电机风叶侧);
经分析判断为电机地脚螺栓松动,建议检查并拧紧电机的地脚螺栓,检查电机地脚螺栓果然松动,将其拧紧（半圈）后,感觉振动明显减小,速度值皆下降至1.3mm/s以下。
3. CO2 压缩机共振
一台CO2 压缩机,由蒸汽透平驱动,功率7215KW,分两缸4段,低压缸2MCL527,高压缸2BCL306A,高低压缸各两段,高压缸出口压力15.7Mpa
2000年8月大修后各点振值
2002年11月初,高压缸两端轴承振值逐渐升高至60μm,系统调整负荷时,振值高>120 μm联锁跳车，重新开车至调速器控制转速时,振值仅几个μm,当升速升压至6200RPM时，振值上升并达联锁值跳车。
频谱显示为1X占主要分量，经检修更换转子和两端机械密封后，再次开车现象依旧，经对照频谱和趋势图及相位，判断为高压缸存在共振,此机组自1993年运转以来一直良好，可以排除设计原因，可能原因为某部件性能变化或检修造成设备结构变化。
经检查发现猫爪膨胀垫已经没有间隙，被把死，技术要求为0.02mm间隙，将此间隙调整为正常值后，重新开车，振值未超过20μm.
说明：用检修离心泵的思维检修压缩机等大型机组是行不通的
4. 空气压缩机过临界情况
过临界时测到的1、2级转子通频值，已经满量程了
1X占主要分量
1、2级转子安装在一个轴上，一阶临界转速为5539rpm（部分载荷）和5061rpm（全载荷）；二阶临界转速为6016rpm （部分载荷）和6207rpm（全载荷）
5000－6000rpm是这个转子的危险转速区，从采集到的数据看，转子在临界转速附近延续了40秒，然后被迫停机。
再次开车时振动值明显偏大，只好停车再次检修。打开设备，发现叶轮测外壳出现刮碰现象。照片见图：
转子
转子上碰磨的区域
局部放大图
重新更换转子后，开车时对通过临界转速的时间控制，不超过10秒，这样一次开车成功。
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