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 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 報警值和危險值的確定,狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷及其作用設備維修制度的發(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),在設備運行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種

2、手段，掌握設備運行狀態(tài)，判定產生故障的部位和原因，并預測、預報設備未來的狀態(tài)。,什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？,是防止事故和計劃外停機的有效手段。是設備維修的發(fā)展方向。,簡易診斷和精密診斷,狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷） 內容：識別有無故障明確故障嚴重程度作出故障趨勢分析由設備維修人員在現場進行,故障診斷（精密診斷） 內容：確定故障部位確定故障原因提出維修建議由設備診斷人員在現場或中心進行,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 監(jiān)測機器工作狀態(tài)。發(fā)現故障及時報警，并隔離故障。? 分析與診斷 判斷故障性質、程度和部位。分析故障原因。? 處理與預防 給出消除故障的措施。防止發(fā)生同類故障。,設備維修制度的發(fā)展,事后維修，故障維修 (Break down) 設備壞了后才去修理。定期維修，預防維修 (Preventive) 定期地檢查和大修。預測

4、維修，視情維修 (Predictive) 周期的監(jiān)測，必要時才去維修。,事后維修體制,設備運行到壞了再進行修理。不需要安排計劃。對一些設備，更換比修理更便宜。意外停機引起生產損失?？赡芤鹪O備的二次損壞，甚至災難性事故。庫存?zhèn)浼顿Y多。,定義優(yōu)點缺點,定期維修體制,按預訂的時間間隔或檢修周期，對設備作維修、調整和更換備件。機器壽命較長。減少意外停機。備件庫存較少。意外停機引起生產損失。

5、過剩維修導致維修費用增加。過剩維修引起人為維修故障。,定義優(yōu)點缺點,預測維修體制,有計劃地對設備作檢查和測試，以確定其健康狀態(tài)，必要時才進行維修。減少非計劃停機損失。維修時間間隔可以延長。維修費用大為減少。備件庫存最小。需要初始投資。需學習和培訓。,定義優(yōu)點缺點,不同制度的維修成本的比較,大型鋼鐵企業(yè),維修費用化了多少？,美國1980年稅收總額 $7500億，維修費為 $2460億, 估計其中過剩維

6、修費為 $750億。 我國1987年國營公交企業(yè)40萬個，固定資產￥7000億, 維修費約為固定資產的 3～5％。 我國2002年規(guī)模以上企業(yè)共有固定資產￥8800萬億， 維修費有多少？能節(jié)省多少？,停產一天的損失有多大？,300MW發(fā)電機組 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號水輪機組700MW 停機4小時損失￥400萬元,先進維修制度的作用,? 保

7、證機器精度，提高產品質量? 減少意外停車引起的生產損失? 防止事故，杜絕災難性故障? 減少維修時間和維修費用（人力和財力）? 改善環(huán)境，改善企業(yè)形象投資獲得最大和最長遠的回報,國家有關的條例摘錄,逐步采用現代故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測技術，發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測為基礎的預知維修體制。 1983年國家經委《國營公交設備管理試行條例》 企業(yè)應當積極采用先進的設備管理方法和維修技術，采用以設備狀態(tài)監(jiān)測為基礎的設備

8、維修方法，不斷提高設備管理和維修技術的現代化水平。 1987年國務院《全民所用制公交設備管理條例》,監(jiān)測和診斷的各種手段,★ 振動：適用于旋轉機械、往復機械、軸承、齒輪等?！?溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機械、電機、電器等?！?聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復機械、軸承、齒輪等?！?油液（鐵譜） ：適用于齒輪箱、設備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等?！?無損檢測：采用物理化學

9、方法，用于關鍵零部件的故障檢測。★ 壓力：適用于液壓系統(tǒng)、流體機械、內燃機和液力耦合器等?！?強度：適用于工程結構、起重機械、鍛壓機械等。★ 表面：適用于設備關鍵零部件表面檢查和管道內孔檢查等?！?工況參數：適用于流程工業(yè)和生產線上的主要設備等?！?電氣：適用于電機、電器、輸變電設備、電工儀表等。,儀器分類：便攜式測振表數據采集器表盤式的監(jiān)測系統(tǒng)計算機化監(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、象在生產中的地位 生產的規(guī)模和產量 預計的投資 設備管理人員的水平和素質,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,數據采集器,計算機及外部設備,,數據采集器的外形和工作框圖,數據采集器的工作流程,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),離心壓縮機監(jiān)測系統(tǒng),計算機化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖,最簡單的計算機化監(jiān)測系統(tǒng)。單一計算機完成數據采集、管理、數

11、據分析、人機對話等功能。,汽輪發(fā)電機組的監(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、頻譜趨勢分析時域分析法 波形分析、相關函數分析倒頻譜分析法模態(tài)分析法隨機減量法,其他數學方法 模式識別法 模糊診斷法 故障樹診斷法 神經網絡法 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 每種故障有其對應的特征頻率。 據此確定機器的故障性質和嚴重程度。趨勢分析法、頻譜趨勢分析法 根據劣化曲線，振動的通頻幅值(特征頻率幅值)隨故障的發(fā)展而增大。 據此監(jiān)視機器的健康狀態(tài)，并推測其壽命。,轉動機械常見故障的頻率特征,強迫振動類故障,自激振動類故障,R: 轉動頻率,轉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、隨轉速升高而增大。過臨界轉速有共振峰。,轉子不平衡的類型,轉子不對中故障的頻譜,出現 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，出現葉片通過頻率。,轉子不對中的類型,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,不同聯軸節(jié)的情況,聯軸節(jié)類型 不對中形式 振 動

14、 特 征剛性聯軸節(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及高次諧波齒式聯軸節(jié) 徑向振動可能有2X、3X、4X…

15、 聯軸節(jié)兩側振動的相位常相反膜片聯軸節(jié) 有nX 成分（n為螺釘數）,轉子系統(tǒng)松動故障的頻譜,波形出現許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現精確的倍頻2X，3X…等成分。松動結合面兩邊，振幅有明顯差別。,松動故障引起的間入諧量,未松動時的頻譜松動時的頻譜 出現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R — 軸的轉速頻率,滾動軸承故障的特征頻率,外環(huán)故障頻率內環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內環(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；諧波兩邊產生邊頻。還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調。,電機,離心泵,帶滾動軸承的機械的頻譜特點,帶滑動軸承的機械的頻譜特點,齒輪故障的頻譜,齒輪嚙合頻率GMF等于齒數乘以齒輪轉速

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。可用倒頻譜作進一步分析。,齒輪箱,上輥,下輥,輸入軸,,趨勢分析法的理論根據,監(jiān)視機器的劣化過程預測機器的失效時間,,“浴盆曲線”,趨勢分析法,通頻值趨勢分析 簡單易行 不易發(fā)現早期故障,頻譜趨勢分析 能早期發(fā)現齒輪、軸承等早期故障 能較快判定故障的部位,通頻值趨勢分析,確定報警值和危險值的方法,絕對法 根據相應的國際標準

18、、國家標準、行業(yè)標準等， 如： ISO， GB， API 等。 相對法 以機器正常狀態(tài)的振動值作為基數，自己和自己比。 類比法 與同類機器的振動值作比較。,轉機振動標準舉例(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：小型機械 例15kW以下電機II級：中型機械 例15～75kW以下電機 和300kW以下機械III級：大型

19、機械，剛性基礎 600～12000r/minIV 級：大型機械，柔性基礎 600～12000r/min,(軸振動)轉機振動標準舉例,VDI－德國工程師協會IEC －國際電工協會API － 美國石油協會NEMA － MITI/JEAC －,相對法確定振動限值,滾動軸承齒 輪,旋轉機械滑動軸承,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泵應定為有故障,頻譜趨勢分析,滾動軸承機械的報警參考值,滑動軸