摘    要：本文主要討論設備狀態診斷技術，闡述振動狀態監測中有關振動監測的方法、故障及原因分析，并通過實例的詳細分析，以便更詳細地介紹振動診斷技術。 
       關鍵詞：振動監測 數據采集 頻譜分析 故障診斷 
       1 前言 
       設備的維修方式已經從事后維修、計劃維修到設備現代管理下的狀態維修，也就是預知維修。開展設備的狀態監測及診斷工作就是為了避免設備突發性故障造成的巨大損失，減少計劃維修所造成的一些浪費，不斷提高設備完好率、設備使用效益率。
振動是設備常見的現象，通過振動檢測技術可以掌握設備的運行狀況，解決大部分設備的潛在問題。 
       2 常見機械振動故障及分析方法 
       常見的機械故障一般可分為不平衡、不對中、機械松動、軸承問題、機械摩碰等幾種情況。頻域分析方法已成為機械設備故障診斷的主要內容，通過振動數據采集及頻域信號的分析處理，可以很明顯的區別一些常見的機械故障。 
       2.1 不平衡 
       引起不平衡原因主要有轉子結垢、掉塊、轉子變形、彎曲及回轉中心與質心不重合等。不平衡在時域波形圖中與頻域波形圖中特征很突出，主要時域波形圖、頻譜圖及特征如下： 

       A． 隨著轉速的升降，振幅隨之升降 
       B． 頻譜圖中有較穩定的高峰，諧波能量集中在基頻(1X)，基頻為轉速n/60，其它信頻幅值很小 
       C． 振動的時域波形為正弦波 
       2.2 不對中 
       機組安裝后，轉子軸線或其延長線不重合，稱為不對中，不對中分為三種情況：平行不對中、角度不對中、平行和角度不對中。
不對中故障產生的頻譜圖特征如下： 

       A．轉子徑向振動出現2倍頻，以1倍頻和2倍頻分量為主，不對中越嚴重，2倍頻所占比例越大 
       B．轉子軸向振動在1倍頻、2倍頻甚至3倍頻處有穩定的高峰，一般達到徑向振動的50%以上，若與徑向振動一樣大或更大，表明情況嚴重，應及時處理，一般4~10倍頻分量較小 
       C． 軸承不對中時，徑向振動較大，有可能出現高次諧波，振動不穩定 
       D． 負荷變化導致振動值變化 
       E． 時域波形穩定，每轉出現1個、2個或3個峰值 
       2.3 機械松動 
       機械松動分為結構松動和轉動部件松動，造成機械松動的原因是：安裝不良、長期磨損、基礎或機座損壞、零部件破壞。機械松動故障的頻譜圖和波形特征： 

       A．強徑向振動，特別是垂直方向，出現3~10倍頻 
       B．徑向振動較大，尤其垂直徑向振動較大 
       C．有時含有1/2倍頻，3/2倍頻等分數頻分量 
       D．軸向振動很小或正常,這也是與不對中故障的明顯區別 
       E．時域波形雜亂，有明顯的不穩定的非周期信號 
       2.4軸承問題 
       旋轉機械化是故障診斷的重點，而很多旋轉機械故障都和軸承有關。據統計旋轉機械的故障40%是由軸承引起的，它的好壞對機器的工作狀況影響極大，軸承的缺陷會導致機器劇烈振動和噪聲，甚至會引起設備的損壞。 
       軸承按其結構分為滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承在運轉過程中由于各種原因引起損壞，如裝配不當，潤滑不良，水分和異物侵入，腐蝕和過載等可使軸承過早損壞。主要故障表現為：疲勞剝落、磨損、塑性變形、銹蝕、斷裂、膠合、保持架損壞。 
       2.4.1 滾動軸承 
       滾動軸承的特征頻率與故障具體部位、滾動軸承零件幾何尺寸、軸承工作轉速等因素有關。如果不計軸承各元件彈性變形，并認為滾動與滾道之間為純滾動，則各故障特征頻率為： 
       a) 內環的頻率為： fr=n/60 
       b) 保持架的旋轉頻率（或滾動體的公轉頻率）：fc=1/2{1-d/D(cosa)}fr 
       c) 外環故障頻率： 
       Zfc=Z/2{1-d/D(cosa)}fr 
       d) 內環故障頻率： 
       Zfi= Z/2{1+d/D(cosa)}fr 
       式中　 Ｚ——軸承滾動體個數 
       D——軸承的節徑 
       d——滾動體直徑 
       a——接觸角 
       2.4.2 滑動軸承 
       滑動軸承可能有多種故障，其中包括間隙過大，油膜振蕩以及摩擦。造成這些故障的原因是裝配不當，潤滑不良，負荷欠妥，長久磨損及軸承設計不當等。滑動軸承的故障一般在頻譜圖上表現為半頻故障，間隙過大時（4~10）倍頻分量較顯著，類似于機械松動的現象，但軸向振動較大；油膜渦動有較大的徑向振動，頻譜圖中有明顯而穩定的渦動頻率分量（42%~48%），可能有高次諧波分量。 
       渦動頻率與機械松動或軸承摩擦區分： 
       A． 為了區分渦動頻率（42%~48%）分量與機械松動或軸承摩擦產生的1/2分量，須使用高分辨率頻譜標記，應使頻率分辨率達到轉速的2%~5% 
       B． 機器啟動過程中，如果達到臨界轉速時油膜渦動開始出現，則當轉速超過臨界轉速后渦動仍會存在，當轉速超過臨界轉速的兩倍時，油膜振蕩可能會出現。一旦出現油膜振蕩，振幅急劇增大，即使再提高轉速，振幅也不會減小。 
       C． 渦動頻率與軸和軸承間隙有關，間隙增大時渦動頻率減小。 
       3 實際應用 
       3. 1 大型風機的振動檢測和故障分析 
       江鈴汽車股份有限公司車身廠涂裝車間噴漆線上的風機是我公司關鍵設備，其配用的電機、風機整體安裝在密封環境內，對于電機、風機的異常情況很難及時發現，如果設備不能正常運轉或因為故障停機，就會嚴重影響生產，使企業遭受經濟損失。因此對設備在線監控，掌握設備運行狀況和劣化趨勢，及早發現和消除故障隱患就顯得尤為重要。 
       監測中心對噴漆線上的四臺風機使用西馬力的“小博士”設備巡檢儀實施監控。在2002年10月28日發現其中的三號風機振動異常。 
       機組有關參數如下： 
       電機型號為： YB250M-4 
       電機功率：55KW 
       電機轉速：1480RPM 
       風機型號為：B4-72-12NO 
       風機風量：50800m3/h 
       風機壓力為1657Pa；風機轉速為900RPM 
       電機和風機之間用皮帶連接。 
       測點布置如下圖所示： 

 

       全部測點都分布在對振動影響最為敏感的滾動軸承處，測點分三個方向，即垂直（V）、水平（H）和軸向（A）。因為設備轉速不高，我們選擇振動速度為檢測參數。振動值如下表， 

       故障分析和診斷 ： 
       根據檢測標準ISO2372，從各點振動值看，風機雖然安裝在彈性基礎上，但各測點水平方向和垂直方向振值均屬超標，電機轉速為1480RPM，基頻為24.67HZ；風機轉速為900RPM，基頻為15HZ。由頻譜圖看出振動的異常點都集中在基頻上，低于或高于基頻的振動值都很小，軸向的頻譜圖顯示振動數值都正常。據此可以判斷風機存在不平衡現象，可能是風機風葉磨損不均勻，或者是風機轉子結垢造成。經過對風機進行停機拆卸，發現風機風葉嚴重積灰，于我們所作的故障分析基本相符，經過清理風機積灰后，風機的振動異常明顯消除。 
       3. 2 滾筒破碎篩的振動檢測和故障診斷
設備情況 型號： 非標， 電機功率：5.5KW 轉速：1480RPM 轉速比為1.409
測點如圖所示：

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表2（單位：mm/s）： 

       由上可經看出,1、2、3、4、測點振動沒有超過國際振動標準4.5mm/s，應對第5和6測點進行分析，從第5測點頻譜圖來看，最大值出現在146HZ處，第6測點最大值出現在198HZ處。由于測點設在軸承座上，首先應檢查故障是否出現在軸承上，了計算5號測點軸承外環故障頻率為145.67HZ，6號測點的內環故障頻率為197.31HZ，通過對照軸承故障特征頻率表，可以判斷5號軸承故障出現在軸承外圈，6號軸承故障出現在軸承內圈，可能是表面磨損。經更換軸承后，振動正常。 

       4  結論： 
       設備監測與診斷技術可以有效地避免意外事故，節約大量維修費用，無論對安全生產還是對設備維護都具有十分重要的意義。設備狀態檢測工作的開展為設備預防性維修提供了可靠的理論依據，對確保設備修理的及時性、準確性起到了關鍵作用。隨著人們對設備保護意識的加強和設備維護認識的深入，該項技術越來越受到人們的重視。展望未來，開展設備狀態監測及故障診斷將是現代大、中型企業必不可少的重要手段。