狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的儀器和方法

1、狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(duì)中、松動(dòng)、 軸承故障、齒輪故障等趨勢(shì)分析法 通頻值趨勢(shì)分析 頻譜趨勢(shì)分析 報(bào)警值和危險(xiǎn)值的確定,狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的分類(lèi)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(guò)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(cè)、預(yù)報(bào)設(shè)備未來(lái)的狀態(tài)。,什么是狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(jiǎn)易診斷和精密診斷,狀態(tài)監(jiān)測(cè)（簡(jiǎn)易診斷） 內(nèi)容：識(shí)別有無(wú)故障明確故障嚴(yán)重程度作出故障趨勢(shì)分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)或中心進(jìn)行,狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷

3、的過(guò)程,狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的作用,?監(jiān)測(cè)與保護(hù) 監(jiān)測(cè)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(lèi)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(cè)

4、維修，視情維修 (Predictive) 周期的監(jiān)測(cè)，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(duì)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。可能引起設(shè)備的二次損壞，甚至災(zāi)難性事故。庫(kù)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(duì)設(shè)備作維修、調(diào)整和更換備件。機(jī)器壽命較長(zhǎng)。減少意外停機(jī)。備件庫(kù)存較少。意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失。

5、過(guò)剩維修導(dǎo)致維修費(fèi)用增加。過(guò)剩維修引起人為維修故障。,定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),預(yù)測(cè)維修體制,有計(jì)劃地對(duì)設(shè)備作檢查和測(cè)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(zhǎng)。維修費(fèi)用大為減少。備件庫(kù)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(guó)1980年稅收總額 $7500億，維修費(fèi)為 $2460億, 估計(jì)其中過(guò)剩維

6、修費(fèi)為 $750億。 我國(guó)1987年國(guó)營(yíng)公交企業(yè)40萬(wàn)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(guó)2002年規(guī)模以上企業(yè)共有固定資產(chǎn)￥8800萬(wàn)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(wàn)kWh，約￥144萬(wàn)元30萬(wàn)噸化肥裝置 損失化肥1000t， 約￥150萬(wàn)元三峽2號(hào)水輪機(jī)組700MW 停機(jī)4小時(shí)損失￥400萬(wàn)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(chē)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(zhǎng)遠(yuǎn)的回報(bào),國(guó)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(cè)技術(shù)，發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知維修體制。 1983年國(guó)家經(jīng)委《國(guó)營(yíng)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(cè)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(guó)務(wù)院《全民所用制公交設(shè)備管理?xiàng)l例》,監(jiān)測(cè)和診斷的各種手段,★ 振動(dòng)：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(rùn)滑系統(tǒng)、電力變壓器等?！?無(wú)損檢測(cè)：采用物理化學(xué)

9、方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測(cè)?！?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(lèi)：便攜式測(cè)振表數(shù)據(jù)采集器表盤(pán)式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)和診斷儀器的分類(lèi)和選用,儀器選用原則： 被監(jiān)測(cè)對(duì)

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(cè)和診斷儀器的分類(lèi)和選用,測(cè)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(pán)式監(jiān)測(cè)系統(tǒng),雙通道振動(dòng)表,推力瓦位和瓦溫表,振動(dòng)傳感器在瓦蓋上,水泵的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),典型的表盤(pán)式監(jiān)測(cè)系統(tǒng),離心壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖,最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)化監(jiān)測(cè)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(duì)話等功能。,汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖,故障診斷的專(zhuān)家系統(tǒng)框圖,專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)故障診斷的專(zhuān)用程序。用戶可以把其中積累的診斷專(zhuān)家的知識(shí)用于診斷工作。,精密診斷的方法,頻譜分析法趨勢(shì)分析法 通頻值趨勢(shì)分析、頻譜趨勢(shì)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(shí)別法 模糊診斷法 故障樹(shù)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(duì)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(shì)分析法、頻譜趨勢(shì)分析法 根據(jù)劣化曲線，振動(dòng)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(cè)其壽命。,轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見(jiàn)故障的頻率特征,強(qiáng)迫振動(dòng)類(lèi)故障,自激振動(dòng)類(lèi)故障,R: 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜,波形為簡(jiǎn)諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。1X頻率為主。軸向振動(dòng)不大。振幅

13、隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過(guò)臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。,轉(zhuǎn)子不平衡的類(lèi)型,轉(zhuǎn)子不對(duì)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(dòng)一般較大。本例中，出現(xiàn)葉片通過(guò)頻率。,轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類(lèi)型,正確對(duì)中 e = 0, ? = 0,平行不對(duì)中 e ? 0, ? = 0,角度不對(duì)中 e = 0, ? ? 0,綜合不對(duì)中 e ? 0, ? ? 0,不同聯(lián)軸節(jié)的情況,聯(lián)軸節(jié)類(lèi)型 不對(duì)中形式 振 動(dòng)

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

15、 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。,松動(dòng)故障引起的間入諧量,未松動(dòng)時(shí)的頻譜松動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn),帶滑動(dòng)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(lái)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(shì)分析法的理論根據(jù),監(jiān)視機(jī)器的劣化過(guò)程預(yù)測(cè)機(jī)器的失效時(shí)間,,“浴盆曲線”,趨勢(shì)分析法,通頻值趨勢(shì)分析 簡(jiǎn)單易行 不易發(fā)現(xiàn)早期故障,頻譜趨勢(shì)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(shì)分析,確定報(bào)警值和危險(xiǎn)值的方法,絕對(duì)法 根據(jù)相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

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

19、機(jī)械，剛性基礎(chǔ) 600～12000r/minIV 級(jí)：大型機(jī)械，柔性基礎(chǔ) 600～12000r/min,(軸振動(dòng))轉(zhuǎn)機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)舉例,VDI－德國(guó)工程師協(xié)會(huì)IEC －國(guó)際電工協(xié)會(huì)API － 美國(guó)石油協(xié)會(huì)NEMA － MITI/JEAC －,相對(duì)法確定振動(dòng)限值,滾動(dòng)軸承齒 輪,旋轉(zhuǎn)機(jī)械滑動(dòng)軸承,類(lèi)比法確定振動(dòng)限值,C泵的振動(dòng)超過(guò)同類(lèi)諸泵的振動(dòng)一倍，C泵應(yīng)定為有故障,頻譜趨勢(shì)分析,滾動(dòng)軸承機(jī)械的報(bào)警參考值,滑動(dòng)軸