捷杰知识小课堂|状态监测和故障诊断的仪器和方法篇

什么是状态监测和故障诊断？

在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。是防止事故和计划外停机的有效手段，是预知维修的基础，是设备维修的发展方向。

状态监测和诊断的各种手段

振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。

温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。

油液（铁谱） ：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。

无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。

压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。

强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。

表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。

工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。

电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。

监测和诊断仪器的分类和选用

（1）仪器分类：

离线测量仪表：便携式测振表、数据采集器

在线测量系统：表盘式的、计算机化的

（2）仪器选用原则：

被监测对象在生产中的地位、生产的规模和产量、预计的投资及设备管理人员的水平和素质。

（3）监测和诊断仪器的分类和功能

• 振动监测系统的分类和选择

• 监测和诊断仪器选用

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

（1）转子不平衡故障的频谱

（2）转子不平衡的类型

（3）转子不对中的类型

（4）转子不对中故障的频谱

（5）转子系统松动故障的频谱

（6）松动故障引起的间入谐量

（7）松动结合面两边振动差别大

（8）齿轮故障的频谱

（9）带滑动轴承的机械的频谱特点

（10）从油膜涡动发展到油膜振荡

油膜振荡的防治措施

临时措施

• 增加油温
• 更换粘度较低的油
• 减小轴承的宽度，以增加比压
• 抬高失稳轴承的标高，增加轴承的负载
• 减小轴承的间隙

根本措施

• 改变轴瓦的结构
• 增加预负荷，开油槽，改变供油方式等
• 改用稳定性较好的轴承
• 圆瓦—椭圆瓦—多油叶瓦—多油楔瓦—可倾瓦
• 改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速的一半以上

（11）滚动轴承的振动

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。

滚动轴承故障的特征频率

滚动轴承故障的频谱

带滚动轴承的机械的频谱特点

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

倒频谱的定义

• 倒频谱是对数功率谱的频谱。
• 通俗地说，倒频谱是频谱图的频谱。
• 它突出了频谱图中的周期成分。
• 倒频谱图的横坐标为倒频率（时间）。

倒频谱分析的特点

• 能显示频谱图中不明显（被淹没）的复杂的周期频谱结构，并精确地确定其倒频率（振动周期）。
• 倒频谱的主要峰值是大量周期分量的平均值，数值较稳定，它可作为评定机械状态的一个指标。
• 对从振源到测点之间信号传递路径的变化不大敏感。

倒频谱分析的应用

齿轮信号中确定周期成分(一)

齿轮信号中确定周期成分(二)

齿轮信号中确定周期成分(三)

齿轮信号中确定周期成分(四)

对传递路径不敏感

卡车齿轮箱的诊断

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