T/WJGDC 0021-2024 旋转机械故障检测技术

ICS 01.040.21 CCS K20/29 团体标准 T/WJGDC 0021—2024 旋转机械故障检测技术 2024 - 12 - 14发布2024 -12 - 14实施 茂名市机电工程学会 发布 前 言 本文件按照 GB 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由广东石油化工学院提出并归口。 本文件起草单位：广东石油化工学院、茂名华检实验科技有限公司、广东省茂名市质量计量监督检测所、茂名沥青储运中心、茂名市利源电气工程有限公司、茂名职业技术学院、深圳市宏开水电安装服务有限公司、广东明慧建设有限公司。 本文件主要起草人：林水泉、王焮灏、唐炜东、朱国霖、、林晓麟、吴海群、吴奇明、巫均平、王广宁、黎家宝、吴杰、苏平、梁晓梅、李政衡、杨克。 T/WJGDC 0021—2024 1 旋转机械故障检测技术 1 范围 本文件规定了旋转机械故障检测技术的术语和定义、规范流程、检验与诊断方法、故障的检测、安全防护和应急预案。 本文件适用于额定转速不大于5000r/min的实验室、生产企业工作运行的旋转设备故障机组。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文件的规范性引用而构成本文必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 4793.1-2007 测量、控制和实验室用电设备的安全要求 第1部分：通用要求 GB 5226.1-2019 机械电气安全机械电气设备 第1部分：通用技术条件 GB 2298-2010 机械振动、冲击与状态监测 词汇 GB 13869-2017 用电安全导则 GB 19873.2-2009 机器状态监测与诊断 振动状态监测 第2部分：振动数据处理、分析与描述 GB 20921 机器状态监测与诊断 词汇（GB 20921-2007，ISO 13372;2004，IDT） GB 22393-2015 机器状态监测与诊断 一般指南 GB 22394.1-2015 机器状态监测与诊断 数据判读和诊断技术 第1部分：总则 GB 23713.1-2009 机器状态监测与诊断 预测 第1部分：一般指南 GB 25742.2-2013 机器状态监测与诊断 数据处理、通信与表示 第2部分：数据处理 3 术语和定义 3.1 故障（fault） 设备在工作过程中，因某种原因"丧失规定功能"或危害安全的现象。 3.2 旋转机械（rotating machinery） 依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等。 3.3 检测（detection） 在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。 3.4 故障诊断（fault diagnosis） T/WJGDC 0021—2024 2 利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测;而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位。故障检测和故障定位同属网络生存性范畴。要求把故障定位到实施修理时可更换的产品层次的过程称为故障隔离。故障诊断就是指故障检测和故障隔离的过程。 3.5 信号处理（signal processing) 通过将旋转机械采集的信号进行处理，以便抽取出有用信息的过程，它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。 3.6 采集系统（acquisition system） 指的是从传感器和其它待测设备等模拟与数字被测单元中进行自动采集、识别、选取数据信息的过程。作为生产现场数据采集在品质过程中的非常重要的一个环节，数据采集也使系统真正地实现实时监控，尽早发现问题，避免更大的损失。 3.7 服务系统（service system） 通过特定的技术或组织的一种网络化配置，用来提供服务以满足顾客的需求和期望。在服务系统中，服务的提供者与服务的需求者之间按照特定的协议、通过交互以满足某一特定顾客的请求，进而创造价值，彼此之间形成协作生成关系。 4 规范流程 4.1 基本要求 在线检测场所必须符合设计与建设规范的要求，确保数据检测过程的可靠，数据检测装置与信号处理模块的接触点或端口要匹配，确保数据准确传输且被收集。 4.2 检测系统 检测系统一般由传输电缆线、传感器、信号处理模块、采集系统和服务系统等组成。 4.3 系统要求 4.3.1 传感器 a) 灵敏度：100±0.1mv/g； b) 量程范围：±50g； c) 频率响应范围：0.5－10KHz； d) 防爆等级：Ex i IICT4； e) 防护等级：IP68； f) 传感器的灵敏度、频率响应、幅值线性度及有关环境性能参数应按有关规程进行标定。 4.3.2 信号处理模块 a) 工作电源：供电24Vdc,最大工作电流符合安全标准； b) 频率响应：10Hz～10kHz； c) 外形尺寸：满足信号处理装置的需求； d) 工作温度：符合设备安全生产要求； e) 变换精度：优于1%； T/WJGDC 0021—2024 3 f) 导轨安装：可安装在标准尺寸的导轨上。 4.3.3 采集系统 a) 外形尺寸：符合信号采集装置的需求； b) 重量：2±0.01Kg； c) 根据需要来配置通道类型选取最大合适的通道； d) 最大通道任意配置恰当的采样率； e) 支持在线间隔采集； f) 工作温度符合设备正常运转的要求； g) 防尘防潮防静电； h) 整机功耗<7W。 4.3.4 服务系统 a) 服务器：根据需求综合考虑选取合适的服务器； b) CPU：主频、外频和倍频应满足系统所需的运行速度； c) 内存：内存的容量和存储时间、速度等参数应符合系统的综合工作需求； d) 硬盘：运行速度和存储大小满足系统的需求； e) 规格：宽度 19U，厚度 1U，托盘式安装； f) 操作系统：Windows Server 2019； g) 数据库软件：Windows SQL 2016； h) 可利用采集数据进行设备的故障检测和预警预报等功能。 5 检验与诊断方法 检测与诊断方法将振动传感器安装在旋转机械表面上，且要求测量位置选择在振动信号干扰小的位 置上，确保获取数据的准确性。测量过程中把振动的参量转换成一些机械信号，这些信号经过一定的放 大处理后，再进行测量以及记录。通过检测振动信号的大小和频率来判断旋转机械是否存在异常振动， 这种方法可以检测设备振动的参数，如振动的方向、幅度、频率和稳定性等，能够更准确地反映设备当 前运行的状态。 旋转机械正常运行后，转速稳定，采样频率符合要求，采样样本长度为设定要求。通过传感器获取 设备当前的振动信号，经过处理得到相对应的时域信号和频域信号。本标准的检测方法利用CNN神经网 络和D-S证据理论相结合的原理，首先对振动信号进行小波分解与重构，并选择前4个小波系数进行重构； 接着在时域上分别对每一个小波系数各提取3个时域特征值，利用CNN神经网络获取其诊断结果；然后在 频域上分别对每一个小波系数各提取3个频域特征值，利用CNN神经网络获取诊断结果；最后分别将时域、 频域的故障分类结果归一化至（0,1），并将归一化后的结果进行时频域D-S证据理论融合，融合后的结 果将作为本检测方法的最终结果。其中，时域特征值的表达式如（1）、（2）、（3）所示；频域特征 值的表达式如（4）、（5）、（6）所示。 2 1 1 1 1 N i i N i i X N T X N = = =   (1) T/WJGDC 0021—2024 4 2 1 max 1 i N i i X T X N = =  (2) 3 2 1 max 1 i N i i X T X N = =        (3) ( ) 2 1 1 N i i X F N = =  (4) 1 2 N i i X F N = =  (5) ( ) 2 2 1 1 3 1 N N i i i i X X N F N = =    −    =   −   (6) 注1：上式（1）-（6）中，T1 为时域特征值波形指标，T2 为时域特征值脉冲指标，T3 为时域特征值裕度指标，F1 为 频域特征值平均信号功率指标，F2 为频域特征值平均频率指标，F3 为频域特征值信号平均能量指标。X 指的 是原始信号, i X 指的是振动信号，其中  1 2 , , , i X X X X = ，1iN ,N 指的是数据点数， ax i M X 为时域峰值指标。 6 故障的检测 6.1 单一故障 单一故障包括：轴承类故障、齿轮类故障、转动轴类故障、转子故障等。 6.2 复合故障 复合故障包括：轴承与齿轮故障；轴承与转动轴故障；轴承与转子故障；齿轮与转动轴故障；齿轮 与转子故障；转动轴与转子故障；轴承、齿轮与转动轴故障；轴承、齿轮与转子故障；轴承、转动轴与 转子故障；齿轮、转动轴与转子故障等两种或两种以上的故障组合。 7 安全防护 7.1 技术人员 7.1.1 应配备满足安全生产规范的安全管理人员，安全管理人员应负责安全保证措置的全面管控，对 所有岗位工作人员实施全面的安全管理。 7.1.2 与数据采集相关的关键岗位人员应定期接受安全培训，熟知工作过程中的防护环节要点，加强 安全意识和风险防范意识。 T/WJGDC 0021—2024 5 7.1.3 工作过程中如有需要，工作人员应使用适当的劳保用品对自身进行劳动防护。 7.2 数据采集器 7.2.1 数据采集器外观型号文字和标识应清晰，电气铭牌内容准确。 7.2.2 数据采集器外层无脱皮、起泡、毛刺、斑痕及明显划痕。 7.2.3 可拆卸的零、部件装配结合面的接缝处应光滑完好，外露零件表面不应有突起。螺钉、铆钉、销子端部不应有损伤缺陷。 7.2.4 数据采集器使用前应检查验证其处于正常的工作状态。 7.3 用电安全 7.3.1 工作场所所有电气设备应符合GB 5226.1-2019的有关规定。 7.3.2 设备的安装应符合GB 13869-2017的相关要求。 7.3.3 电气设备严禁超铭牌使用，刀闸型电源开关严禁带负荷拉闸。 7.3.4 数据采集器的供电电源应具备稳压电源及后备电源，防止电源问题造成数据丢失。为故障诊断试验装置供电的电源应符合以下条件： a) 额定电压交流220V或380V，允许偏离额定值的范围为±10%； b) 额定频率50Hz，允许偏离额定值的范围为±2%。 7.3.5 严禁吸烟及带入火种和水源。 7.4 工作场所的环境 a) 温度、湿度符合设备的工作要求； b) 大气压强为80kPa—110 kPa； c) 周围无强烈振动、气流存在； d) 周围电磁场强度应满足装置要求。 8 应急预案 8.1 设定预期目标 8.1.1 设定预期目标 明确应急预案的目标，如最小化系统停工时间、保障工作数据的完整性、降低后续故障出现的风险等。 8.1.2 定位故障类型 根据已知的故障类型和历史数据，对系统可能遇到的故障进行分类和归纳，以便在出现故障时能够迅速判断故障类型。 8.1.3 制定处理流程 T/WJGDC 0021—2024 6 根据故障类型的分类，制定相应的处理流程。流程中应包括故障初步识别、详细诊断、紧急修复、数据恢复等环节，并确保流程的合理性和可执行性。 8.1.4 确定责任人和通讯方式 明确故障发生时的责任人，并指定他们的职责和权限。通过预案的制定和演练，提高技术团队的应急处理能力和协作效率，保障系统稳定和数据安全。 8.2 应急预案的执行 8.2.1 快速响应 一旦系统或设备出现故障，立即启动应急预案，通知相关人员参与处理，并开始执行预定的处理流程。 8.2.2 故障初步识别 通过监控系统、日志分析等手段，快速定位故障发生的位置和原因。 8.2.3 详细诊断 利用专业的故障诊断工具和技术，对故障进行深入分析，确定故障的具体原因和影响范围。 8.2.4 紧急修复 根据故障的程度和影响范围，采取相应的紧急修复措施，如重启设备、更换故障部件等。 8.2.5 数据恢复 在修复故障的同时，进行数据恢复工作，确保业务数据的完整性和一致性。 8.3 培训与演练 8.3.1 定期组织技术人员进行故障诊断技术的培训和演练，提高技术团队的应急处理能力和协作效率。 8.3.2 在演练中模拟各种可能的故障场景，让技术人员熟悉应急预案的执行流程和处理方法。