旋转机械振动诊断标准研究

Vol14　No3机械研究与应用第14卷　第3期

2001209MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2001年9月

旋转机械振动诊断标准研究

贡文伟,徐桂芳

(江苏理工大学工商管理学院,江苏镇江　212013)

Ξ

摘　要:回顾了机械振动诊断标准的国内外应用现状,对诊断标准的分类及理论基础进行了阐述,指出了使用绝对标

准存在的局限性,提出了建立相对诊断标准的主要方法,并应用概率统计原理和方法制订了适合企业实际现状的相对诊断标准。

关键词:诊断标准;应用现状;相对标准;标准制订

中图分类号:TH11311　　　文献标识码:B　　　文章编号:100724414(2001)0320002204

在旋转机械振动诊断中,不管采用何种信号处理方法,都要求设置预警值或报警值,以便反映设备是否有异常,这就涉及到振动诊断标准的问题及如何确定一个合理评价值的问题。因此,、诊断标准是非常重要的。

1　1]

(ISO)于1960年工作起,3个主要标准,即ISO2372、ISO2373和ISO3945。其中,ISO2372《转速为10r/s～200r/s机械振动规定评价标准》,主要是用于车间验收和试验而设计的通用标准;ISO2373《中小型电机的振动测量和评价》;ISO3945《转速范围为10r/s～200r/s大型旋转机械振动———振动烈度的现场测定与评定》,主要用于现场评价大型旋转机械的振动标准。表1列出了目前被广泛采用的ISO2372、ISO3945标准。

表1　ISO2372、ISO3945标准

振动强度范围分级

Vrms

ⅠkW以下电机等。

。Ⅲ级为刚性安(r/s)。Ⅳ级为柔性安装的(～200r/s)。Vrms为振动速度有效值。

(1)当机器的振动速度为V(t)=VPcosωt的简谐振动时

Vrms=

T

T

V2(t)dt

(1)

(2)若机器的振动系由几个不同频率的简谐振动复合而成,则

Vrms=

22

21rms+V2rms+…+Vnrms

=

22

(V21P+V2P+…+VnP)2

(2)

式中:V1rms,V2rms,…,Vnrms分别为第1,2,…,n个简谐

分量的有效值;

V1P,V2P,…,V3P

分别为第1,2,…,n个简谐分量的峰值。

1995年,在ISO的协调下通过了ISO210816《机械振动———通过测量机械的非旋转部件来对机械振动进行评价》。这个标准涉及到了设备的状态监测的许多内容,并对原有的内容进行了补充和完善,ISO10816替代了ISO2372和ISO3945,比原有标准A区略有放宽,D区控制更严格的趋势,A、B、C、D4个区域的定义也有所区别。

近些年来,除了国际标准化组织,不少国家的有关机构也以不同类型的机械设备为目标进行了状态监测与诊断判断准则的研究,并在工业部门以规范和标准的形式发布使用,见表2。

ISO2372ISO3945

范围012801280145014501710171

1112

111211801180218021804150415071107110111201112018.0018.0028.0028.0045.0045.0071.00dBⅠ级

A

Ⅱ级

A

Ⅲ级

A

Ⅳ级

A

刚性基础

优

柔性基础优

899397101105109113117121125129133BCD

BCD

BCD

良

BCD

可不可

不可可

良

注:A:良好　B:允许　C:较差　D:不允许

Ξ收稿日期:2000212218

作者简介:贡文伟(1967-),女,江苏丹阳人,讲师。

2

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表2　

常用振动诊断标准一览表

标准代号

ISO2372

ISO2373VDI2056BS4675

CDA/MS/NVH107VDI12059/3-4

VDI120594ISO2373DIN45655

国家或组织国际标准化组织德国工程师协会

英国加拿大德国工程师协会

标准名称机械振动标准轴承振动值判据离心压缩机相对振动限值工业气轮机相对振动限值电动机器振动值

监测参数Vrms(mm/s)

0128～450125～450118～450110～56

适用范围

10～100Hz600～1200r/min—10～10kHz2500～15000

r/min3000～30000

r/min600～3600r/min

国际标准化组织

德国

—

0145～28

2　我国振动诊断标准现状[2]

我国自1987年起成为国际化组织成员国,目前已正式通过的国家标准有:

GB2298—1980　机械振动名词术语;GB2807—1981　电机振动测定方法;GB6075—1985　制订机器振动标准的基础;GB8540—1987　振动与冲击隔离器、数,速度有效值Vrms即振动速度的均方值。美国齿轮

制造协会(AGMA)提出在低频域(10Hz)以下,以位移作为振动标准;中频域(10Hz～z),以速度作为振动标准;(1kHz。312,以当前,它是对同一设备,在同一部位(同一测量点,同一方向和同一工况)定期测量振动值并与正常运行的振动值进行比较,视其倍数判断设备是否异常的一种判别方法。相对标准中初值的确定极为重要,一般至少要取6个有效数据进行平均后作为初值,表3为ISO建议的一般旋转机械相对标准。

表3　ISO建议的相对标准

评价注意异常

低频机械

(<1kHz)215倍10.0倍

求导则;GB10084—1988　振动、示方法。

通风机标准JB/87,风机标准JB/T85等。同时中国设备管理协会用了近4年时间主持开发了旋转机械振动诊断工程软件包,并已于1997年初在全国开始推广应用,该软件包中关于诊断标准方面,从振幅、速度、加速度三个方面进行,其中:

振幅标准有下列内容:①API幅振动标准;②大型旋转机械振动标准;③德国离心压缩机和工业汽轮机振动极限;④化工部颁发的部分设备的振幅标准;⑤电厂汽轮机振动标准。

速度标准:①大型旋转机械振动烈度现场测量与评定GB11347—89;②德国机械振动标准;③英国机械振动标准;④加拿大机械振动标准;⑤ISO电机机械振动标准;

加速度标准:①一般标准;②齿轮箱诊断标准;③滚动轴承诊断标准。

高频机械

(>4kHz)6倍100倍

313　类比标准

类比标准即对数台机型相同、规格相同的设备在相同条件下,对同一部分进行测定,并对测定值进行相互比较而判定某台设备是否发生异常。对于同规格型号、同运行状况的若干台设备在缺乏必要的标准时可采用类比标准进行状态判别。一般认为,当低频段振动值大于其它大多数设备同一部位测得的振动值(视正常值)1倍以上时,高频大于2倍以上时,该设备就有可能出现异常。此类标准仅限于结构及工况比较简单的小型机械,见表4。

表4　类比判别标准

评价异常

低频机械

(<1kHz)>1倍

3　诊断标准的分类

诊断标准可分为振幅标准、速度标准、加速度标

准,也可分为绝对标准、相对标准和类比标准。311　绝对标准

绝对标准也即我们通常所说的国际标准。就是将测定的数据或统计量直接与标准阈值相比较,以判断设备所处的状态,绝对标准又可分为振幅标准、速度标准、加速度标准。在振动判断标准中,无论从疲劳损伤还是磨损等缺陷来说,以振动速度标准最为适宜,而速度标准大多采用速度有效值Vrms作为诊断参

高频机械

(>1kHz)>2倍

3

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4　建立相对标准的基本方法[3,4]

虽然绝对标准的建立具有一定理论基础,同时又是靠长期实测数据和实践经验积累而建立起来的,但一般来说绝对标准较为保守,我们在监测诊断时不能硬套这些绝对标准,必须从本企业用设备的实际运行状态出发,在参考绝对标准的基础上,建立符合实际的故障诊断相对标准,从而保证设备的高效、安全和经济运行。

建立相对标准的方法主要有:统计法、回归分析法、冲击系数法、波纹法等。411　统计法

此方法以概率统计为依据,要求有足够多的历史数据,这些历史数据(如加速度值、速度值等)基本符合正态分布,根据正态分布的比率而得到振动诊断标准,如表5所示。

表5　振动诊断标准规定区间

A(g))<(X+σ

V(mm/s)<断不同的轴承故障。

414　利用生产产品的质量来确定相关标准(波纹法)

利用生产产品质量来确定设备相对标准的方法也即波纹法,主要适于机加工设备。由于工件表面的波纹对产品质量影响很大,波纹度愈大引起的振动和噪声也愈大,轴承的回转精度和使用寿命就会降低;同时分析工件表面的波纹和机床受迫振动的关系,进而了解机床受迫振动的物理过程,可以改善不利因素,使工件表面的波纹度达到理想的标准,故根据产品加工的工艺要求和磨削后的波纹度,可以制定设备的相对标准,但由于这种方法受到多方面因素的影响,且计算复杂,所以不常用。

5　,其主要:

:选取正常工作状态的单台

(X+σ)～(X+2(+σ)(σ)允许工作(X+215σ)～(X+(2σ)X+3σ)危险区状态维修

))不允许停机检修(Xσ(Xσσ分别表示为数学期望值和方差。　　注:表中的X、

。

(2)检测间隔时间:以一段等间隔时间变化为基础,进行至少5次以上的测量。如现场设备运行较平稳,可定2周;如运行波动大,不平稳状态时则定1周;对非常重要的设备可适当缩短周期,如3天1次。

(3)测点选取:测点通常选取设备振动敏感部位即轴承所在部位(包括垂直、水平、轴向3个位置)。测点位置一旦选定应做上标记,以确保每次检测时都是从同一位置获取信号。测量仪器若为一体时,探头(传感器)应与测量方向一致,角度倾斜不得超过10°,压力应保持10

N左右;若为铁磁性的探头,磁力应大于160N以上。

(4)单次测量次数:非连续测量20～25次。

412　回归分析法

对于型号单一而台数少、担负生产任务重的精、大、稀关键设备,根据定期检测的随机振动值X与时间变量t之间的关系,可用一元线性回归分析法找出相应设备的振动诊断标准。

通过计算,可得到上限控制值XK:

XK=X+3σn-1

(3)(4)

(5)统计法计算公式

X=

式中,X=

∑X/n

i

∑X/n

i

σn-1=

∑(X

i

-X)/n-1

2

(5)

σ=

x-X)2+(x-X)++(x-X)

n-1

(8)

当检测值小于XK时,可认为设备状态正常,当检测值大于XK时,设备状态处于异常,需注意监视。413　冲击指数(波高率)法这是一种很有效的判定轴承故障的方法。简谐振动中有效值(Yrms),峰值(YP)和平均值(Yav)在非简谐振动(机器中常见的振动)的情况下,三者关系为:

Yrms=FfYav=

式中:σ为标准偏差;Xi、x为某一测量值;X为测量值的均值;n为测量值个数。

(6)求注意点和危险点

①若测量参数为速度则:注意点值为X+2σ,危险点值为X+3σ;

②若测量参数为加速度则:注意点值为X+215σ,危险点值为X+4σ;

③单次测量中的X和σ值,应取等间隔时间测量5次中的最大值来确定注意点和危险点;

④重复测量时,必须同测点,同方向,同角度和同一压力。

Fc

Yp

(6)

式中:Ff为波形因数;Fc为波峰系数;

Ff Fc=YP/Yav

(7)

称为波高率或冲击指数,冲击指数不同,可以判 4

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月MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2001209表6为针对某轴承厂中频发电机运行实际情况分析。通过对该电机的定期检测的某轴承振动的加速度值,运用数理统计法制订出其诊断标准见表7。

表6　某轴承振动的加速度值

时刻k

A(g)

准,因为设备振动既与自身的差异(如制造、装配误差

等)有关,又与安装、减振、实际工况等有关,故所介绍的国内外标准仅能作为参考,以这些标准作为分析的基础,采集大量的数据进行统计,不断摸索,建立符合实际企业标准,从这个角度来说,掌握观点和方法比掌握标准更重要。

(2)振动诊断标准并不说明某台设备在失效前能承受多大的振动幅值,而是给出一个最可能发生故障的预警值,以便提前采取避免故障发生的相应措施。

(3)做好对每台设备长期的监测数据积累并据此制定合乎实际的振动状态评价标准非常重要。参考绝对振动标准,,以便(,尤其是复杂的设备,指望建立一种,就可以包治百病,显然是不现实的,要提高诊断的可靠度,防止误报警,需不断丰富和修正所用的标准。随着科学的发展和大量的诊断实践,建立相对标准时,不应只限于单参数标准,而应是什么方法有效,就建立什么标准。

111

212

313

414

515

616

717

818

919

1020

112111015112113015014110112113018112119117118115110117212213

时刻k

A(g)

表7　诊断标准

振动诊断标准

A(g)

评价合格区

注意区危险区不允许

措施好允许工作状态维修停机检修

<11551155～21362136～3117>3117

该轴承厂有36～58kW台,,。经过大量的调查分析,60%时发现而造成的,因此决定采用测振仪,主要针对中频发电机轴承开展定点定期检测。将仪器采集的数据与所建立的电机轴承振动的加速度判断标准比较进行预知故障,从而提前采取避免故障发生的相应措施,抑制了故障的发生,减少了因故障的发生所造成的经济损失和严重后果。

参考文献:

[1]刘仲川1机械运行状态监测与故障诊断的若干评价准则[J]1设

备管理与维修,1998(3):181

[2]陈兆虎1企业设备振动故障诊断相对标准的建立及应用[J]1设

备管理与维修,2000(4):252271

[3]邝朴生1设备诊断工程[M]1北京:中国农业科技出版社,19971[4]李国华,张永忠1机械故障诊断[M]1北京:化学工业出版社,

19991

6　结束语

(1)在实践中即使同类设备也难以找到同一标(上接第1页)

素,因此要降低泵的振动必须针对以上几个因素采取措施,降低泵的振动,使达到符合有关标准要求。

(1)转速n　转速的选用受输送流量、输送介质粘度等因素的限制,因此在选用泵的转速时应考虑在满足输送流量的前提下,可选用较低的转速,以减少泵的振动,也可以选用较大一级的泵型而采用较低的转速达到配比合理,减小振动。

(2)偏心距e　由公式(4)可见偏心距越小,振动烈度较小。但偏心距在泵型选定后其值为一定值,因此偏心距的考虑应从泵型结构考虑,选用较小一级的泵型,以降低泵的振动。

(3)转子质量m　转子质量的大小一方面影响泵的振动,另一方面又增加泵的材料消耗量。采用

空心转子是减少泵的振动和降低材料消耗量的有效

途径。国内近年来有关厂家引进空心转子的生产方法,应用于单螺杆泵,以达到降低泵的振动和减少材料消耗量的目的。

(4)降低泵的中心高度,改变泵支脚断面的结构形状。降低泵的中心高度可有效地提高泵的整体刚度,改变泵支脚断面的结构形状也即改变了支脚断面的抗弯截面模量,选用抗弯截面模量大的结构即可增加泵的抗振能力。

(5)对在安装使用中的泵,在加强固定底座提高其刚度的前提下,对与泵相连接的进出口管道极其附属设备应进行支承加固,以减少管道内液体流动发生的振动而引起泵体系统与管道共振现象发生。

5

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