设备故障的状态监测

设备故障的状态监测

设备故障的监测，是指及早发现设备由安全状态向不安全状态转化过程中表现出来的信息。这种信息就是故障预兆，往往以异常现象表现出来，这些异常现象是进行故障监测的科学依据。设备故障监测是设备故障诊断的前提。

1．设备运行状态的特征

为了对设备的运行状态进行监测，判断其是否处于安全运行状态．必须首先了解设备运行状态的特征，以便确定诊断参数，进行故障检测。设备运行状态的特征共分三类：第一类是大部分设备共有的特征，第二类是某些特定器件产生的特征，第三类是设备某些特定部位上特定部件的特征。

绝大多数设备至少产生两类特征，甚至三类特征。许多特征是互相关联的，一类特征的变化会引起另一类特征产生相应的变化。设备故障检测成功与否，在很大程度上取决于对设备及其运行特征之间相互关系的了解，以及对某一特定故障或零部件采用什么方法进行检测。

(1)大部分设备共有的特征

通常，判断设备运行状态的主要特征和参数有四个，即振动、位置（径向和轴向）、温度和压力。振动和位置与设备运行状态直接有关，温度和压力可用来评价设备的性能、效能以及设备的状态。

①振动

设备中的不稳定、不平衡、不同轴、不平行、配合松动、有间隙等都会显示专有的振动特征，尤其是旋转设备的振动最为明显。设备的振动信号中包含有大量有关设备运行状态的信息，对振动信号进行测量和分析，就能掌握设备的实际运行状态。

②位置

对设备的轴承来说，轴向位置是装配和运行中都要测量的参数，以保证轴承正常运行，防止旋转零件和静止零件之间发生轴向接触。碰撞测量轴向位置可以测出轴承磨损及其他现象的位置参数。

③温度

温度通常是显示部件所承受载荷状态最好和最灵敏的一项参数，如可以显示轴承失效和过载。温度测量的最佳位置应靠近工作点，间接测量得到的温度精度不如直接测量结果的精度高。用温度变化作为判断设备故障的依据，是一种应用比较广泛的诊断方法，如用于检测电动机轴承的运行状态。

④压力

压力可以用来评估多种设备状态，首先是特定器件的压力特征，如用来检测离心式压缩机的平衡鼓差压、润滑系统和制动系统的压力等。

(2)特定器件产生的特征

①滚动轴承状态分析

滚动轴承是设备上应用最多的一种部件， 由于滚珠轴承或滚柱轴承滚动元件的缺陷和裂缝产生的不正常振动频率是最典型的例子。可以对其振动频率进行频谱分析，判断其内在的缺陷。

②离心式机械的动力特征

离心式设备包括泵、鼓风机、压缩机和风扇等。在离心式机械中，除了产生旋转速度上的振动分量及其伴生的谐波外，还会因叶轮伴生一系列谐波。当运行状态稍有变化时，叶轮频率的幅值会有很大变化。

③叶片类机械

这类设备的气体流动方向平行于旋转元件，它们会产生比离心式机械更加复杂的振动特性，其频谱图与离心式设备有显著的差别。

④齿轮传动装置

齿轮是几乎所有设备都应用的零件。通常，齿轮传动装置产生一段复杂的宽带振动频谱，频率从低于转速开始伸展到齿轮啮合频率（齿数乘以每分钟转轴数）的几倍。啮合频率的幅值经常被用作状态的度量。当齿轮的齿变形与另一齿轮齿上的变形相啮合时，还会产生齿重复频率。

(3)特定部位上特定部件的特征

(4)设备故障监测周期的确定

设备故障监测工作贯穿在设备的整个寿命周期，根据设备运行状态可分为正常运行状态监测、修理前和修理后监测。状态监测是指正常运行期的在线监测。确定监测周期时，可根据以往经验，取两次故障之间的平均运行时间作为测量周期。

一般可在此运行周期内抽查5-6次，一旦发现监测参数有变化的征兆就应缩短测量周期，甚至进行时时监测。对于劣化速度发展比较缓慢的过程、可以采用较长的监测周期。这样既便于进行监测，又考虑最佳经济效益。

3．确定判断标准

对设备进行状态监测，测得监测参数后，需要确定一个标准来判断监测参数是否正常。判断标准有三种：

(1)绝对判断标准

由国际标准化组织、各国制定的国家标准、行业标准和企业标准，有明确的数据和图形。制定机械监测绝对判断标准的依据是：

①对异常现象（如振动等）的理论研究。

②根据实验对异常现象作出的分析。

③对测定数据的统计评价。

④参考国内外的标准和文献资料。

(2)相对判断标准

在没有绝对判断标准的情况下或开发新产品时；可以对设备的同一部位定期进行测定，按时间先后进行比较。以正常情况下的数值为初始值，实测值与该数值的倍数如达10倍，则作为维修极限进行判断。

(3)类比判断标准

指几台同样规格的设备在相同条件下运行时，通过对同一部位进行测定和相互比较来判断其劣化程度。