狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的儀器和方法

1、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的儀 器 和 方 法,本 章 內(nèi) 容,頻譜分析診斷法 不同故障的特征頻率 不平衡、不對中、松動、 軸承故障、齒輪故障等趨勢分析法 通頻值趨勢分析 頻譜趨勢分析 報(bào)警值和危險(xiǎn)值的確定,狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷及其作用設(shè)備維修制度的發(fā)展和不同維修制度的比較故障診斷的各種手段振動監(jiān)測儀器的分類及其選用原則 離線儀器和在線系統(tǒng),在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種

2、手段，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測、預(yù)報(bào)設(shè)備未來的狀態(tài)。,什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？,是防止事故和計(jì)劃外停機(jī)的有效手段。是設(shè)備維修的發(fā)展方向。,簡易診斷和精密診斷,狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷） 內(nèi)容：識別有無故障明確故障嚴(yán)重程度作出故障趨勢分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場進(jìn)行,故障診斷（精密診斷） 內(nèi)容：確定故障部位確定故障原因提出維修建議由設(shè)備診斷人員在現(xiàn)場或中心進(jìn)行,狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

3、的過程,狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的作用,?監(jiān)測與保護(hù) 監(jiān)測機(jī)器工作狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，并隔離故障。? 分析與診斷 判斷故障性質(zhì)、程度和部位。分析故障原因。? 處理與預(yù)防 給出消除故障的措施。防止發(fā)生同類故障。,設(shè)備維修制度的發(fā)展,事后維修，故障維修 (Break down) 設(shè)備壞了后才去修理。定期維修，預(yù)防維修 (Preventive) 定期地檢查和大修。預(yù)測

4、維修，視情維修 (Predictive) 周期的監(jiān)測，必要時(shí)才去維修。,事后維修體制,設(shè)備運(yùn)行到壞了再進(jìn)行修理。不需要安排計(jì)劃。對一些設(shè)備，更換比修理更便宜。意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失?？赡芤鹪O(shè)備的二次損壞，甚至災(zāi)難性事故。庫存?zhèn)浼顿Y多。,定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),定期維修體制,按預(yù)訂的時(shí)間間隔或檢修周期，對設(shè)備作維修、調(diào)整和更換備件。機(jī)器壽命較長。減少意外停機(jī)。備件庫存較少。意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失。

5、過剩維修導(dǎo)致維修費(fèi)用增加。過剩維修引起人為維修故障。,定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),預(yù)測維修體制,有計(jì)劃地對設(shè)備作檢查和測試，以確定其健康狀態(tài)，必要時(shí)才進(jìn)行維修。減少非計(jì)劃停機(jī)損失。維修時(shí)間間隔可以延長。維修費(fèi)用大為減少。備件庫存最小。需要初始投資。需學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。,定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),不同制度的維修成本的比較,大型鋼鐵企業(yè),維修費(fèi)用化了多少？,美國1980年稅收總額 $7500億，維修費(fèi)為 $2460億, 估計(jì)其中過剩維

6、修費(fèi)為 $750億。 我國1987年國營公交企業(yè)40萬個(gè)，固定資產(chǎn)￥7000億, 維修費(fèi)約為固定資產(chǎn)的 3～5％。 我國2002年規(guī)模以上企業(yè)共有固定資產(chǎn)￥8800萬億， 維修費(fèi)有多少？能節(jié)省多少？,停產(chǎn)一天的損失有多大？,300MW發(fā)電機(jī)組 損失電720萬kWh，約￥144萬元30萬噸化肥裝置 損失化肥1000t， 約￥150萬元三峽2號水輪機(jī)組700MW 停機(jī)4小時(shí)損失￥400萬元,先進(jìn)維修制度的作用,? 保

7、證機(jī)器精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量? 減少意外停車引起的生產(chǎn)損失? 防止事故，杜絕災(zāi)難性故障? 減少維修時(shí)間和維修費(fèi)用（人力和財(cái)力）? 改善環(huán)境，改善企業(yè)形象投資獲得最大和最長遠(yuǎn)的回報(bào),國家有關(guān)的條例摘錄,逐步采用現(xiàn)代故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知維修體制。 1983年國家經(jīng)委《國營公交設(shè)備管理試行條例》 企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用先進(jìn)的設(shè)備管理方法和維修技術(shù)，采用以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備

8、維修方法，不斷提高設(shè)備管理和維修技術(shù)的現(xiàn)代化水平。 1987年國務(wù)院《全民所用制公交設(shè)備管理?xiàng)l例》,監(jiān)測和診斷的各種手段,★ 振動：適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。★ 溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機(jī)械、電機(jī)、電器等。★ 聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。★ 油液（鐵譜） ：適用于齒輪箱、設(shè)備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等。★ 無損檢測：采用物理化學(xué)

9、方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測?！?壓力：適用于液壓系統(tǒng)、流體機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)和液力耦合器等。★ 強(qiáng)度：適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機(jī)械、鍛壓機(jī)械等?！?表面：適用于設(shè)備關(guān)鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等?！?工況參數(shù)：適用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設(shè)備等?！?電氣：適用于電機(jī)、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等。,儀器分類：便攜式測振表數(shù)據(jù)采集器表盤式的監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算機(jī)化監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用,儀器選用原則： 被監(jiān)測對

10、象在生產(chǎn)中的地位 生產(chǎn)的規(guī)模和產(chǎn)量 預(yù)計(jì)的投資 設(shè)備管理人員的水平和素質(zhì),監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用,測振表的外形和原理框圖,傳感器,數(shù)據(jù)采集器,計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備,,數(shù)據(jù)采集器的外形和工作框圖,數(shù)據(jù)采集器的工作流程,典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng),雙通道振動表,推力瓦位和瓦溫表,振動傳感器在瓦蓋上,水泵的監(jiān)測系統(tǒng),典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng),離心壓縮機(jī)監(jiān)測系統(tǒng),計(jì)算機(jī)化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖,最簡單的計(jì)算機(jī)化監(jiān)測系統(tǒng)。單一計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、管理、數(shù)

11、據(jù)分析、人機(jī)對話等功能。,汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測系統(tǒng)框圖,故障診斷的專家系統(tǒng)框圖,專家系統(tǒng)是一個(gè)故障診斷的專用程序。用戶可以把其中積累的診斷專家的知識用于診斷工作。,精密診斷的方法,頻譜分析法趨勢分析法 通頻值趨勢分析、頻譜趨勢分析時(shí)域分析法 波形分析、相關(guān)函數(shù)分析倒頻譜分析法模態(tài)分析法隨機(jī)減量法,其他數(shù)學(xué)方法 模式識別法 模糊診斷法 故障樹診斷法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 小波分析法 灰色系統(tǒng)法 分形幾何

12、法,精密診斷最常用的方法,頻譜分析法 每種故障有其對應(yīng)的特征頻率。 據(jù)此確定機(jī)器的故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。趨勢分析法、頻譜趨勢分析法 根據(jù)劣化曲線，振動的通頻幅值(特征頻率幅值)隨故障的發(fā)展而增大。 據(jù)此監(jiān)視機(jī)器的健康狀態(tài)，并推測其壽命。,轉(zhuǎn)動機(jī)械常見故障的頻率特征,強(qiáng)迫振動類故障,自激振動類故障,R: 轉(zhuǎn)動頻率,轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜,波形為簡諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。1X頻率為主。軸向振動不大。振幅

13、隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。,轉(zhuǎn)子不平衡的類型,轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜,出現(xiàn) 2X 頻率成分。軸心軌跡成香蕉形或8字形。軸向振動一般較大。本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。,轉(zhuǎn)子不對中的類型,正確對中 e = 0, ? = 0,平行不對中 e ? 0, ? = 0,角度不對中 e = 0, ? ? 0,綜合不對中 e ? 0, ? ? 0,不同聯(lián)軸節(jié)的情況,聯(lián)軸節(jié)類型 不對中形式 振 動

14、 特 征剛性聯(lián)軸節(jié) 平行不對中 有2X成分 角度不對中 軸向振動1X成分大 軸向振動大，有2X及高次諧波齒式聯(lián)軸節(jié) 徑向振動可能有2X、3X、4X…

15、 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動的相位常相反膜片聯(lián)軸節(jié) 有nX 成分（n為螺釘數(shù)）,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜,波形出現(xiàn)許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X…等成分。松動結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。,松動故障引起的間入諧量,未松動時(shí)的頻譜松動時(shí)的頻譜 出現(xiàn)0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等頻率成分,D — 節(jié)圓直徑d — 滾珠

16、直徑? — 接觸角z — 滾珠數(shù)R — 軸的轉(zhuǎn)速頻率,滾動軸承故障的特征頻率,外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內(nèi)環(huán),滾動軸承故障的頻譜,軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。隨著故障發(fā)展，它的幅值增加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調(diào)。,電機(jī),離心泵,帶滾動軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn),帶滑動軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn),齒輪故障的頻譜,齒輪嚙合頻率GMF等于齒數(shù)乘以齒輪轉(zhuǎn)速

17、頻率。齒輪嚙合頻率兩邊有邊頻，間距為1X。隨著齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加?？捎玫诡l譜作進(jìn)一步分析。,齒輪箱,上輥,下輥,輸入軸,,趨勢分析法的理論根據(jù),監(jiān)視機(jī)器的劣化過程預(yù)測機(jī)器的失效時(shí)間,,“浴盆曲線”,趨勢分析法,通頻值趨勢分析 簡單易行 不易發(fā)現(xiàn)早期故障,頻譜趨勢分析 能早期發(fā)現(xiàn)齒輪、軸承等早期故障 能較快判定故障的部位,通頻值趨勢分析,確定報(bào)警值和危險(xiǎn)值的方法,絕對法 根據(jù)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)

18、、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等， 如： ISO， GB， API 等。 相對法 以機(jī)器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，自己和自己比。 類比法 與同類機(jī)器的振動值作比較。,轉(zhuǎn)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)舉例(軸承振動)ISO2372，ISO3945,振動烈度：振動速度的有效值測量頻率范圍 10～1000Hz,I 級：小型機(jī)械 例15kW以下電機(jī)II級：中型機(jī)械 例15～75kW以下電機(jī) 和300kW以下機(jī)械III級：大型

19、機(jī)械，剛性基礎(chǔ) 600～12000r/minIV 級：大型機(jī)械，柔性基礎(chǔ) 600～12000r/min,(軸振動)轉(zhuǎn)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)舉例,VDI－德國工程師協(xié)會IEC －國際電工協(xié)會API － 美國石油協(xié)會NEMA － MITI/JEAC －,相對法確定振動限值,滾動軸承齒 輪,旋轉(zhuǎn)機(jī)械滑動軸承,類比法確定振動限值,C泵的振動超過同類諸泵的振動一倍，C泵應(yīng)定為有故障,頻譜趨勢分析,滾動軸承機(jī)械的報(bào)警參考值,滑動軸