故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)

1、故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)第1頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三本 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)儀器的分類及其選用原則 離線儀器和在線系統(tǒng) 第2頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過(guò)各種手段，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

2、停機(jī)的有效手段。是設(shè)備維修的發(fā)展方向。第3頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三簡(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)行第4頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的過(guò)程檢測(cè)縮小故障范圍狀態(tài)判別搜集征兆定期檢測(cè)故障定位原因分析維修決策趨勢(shì)分析正常參數(shù)開(kāi)始尚可正常不可異常第5頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三狀態(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

3、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。第6頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三設(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)維修，視情維修 (Predictive) 周期的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)才去維修。第7頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三事后維修體制設(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?？?/p>

4、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)第8頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三定期維修體制按預(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。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)第9頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三預(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)第10頁(yè)，共52頁(yè)，2

5、022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)第11頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三維修費(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 35。 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？第12頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三停產(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

6、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)元第13頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三先進(jìn)維修制度的作用 保證機(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(zhǎng)遠(yuǎn)的回報(bào)第14頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三國(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)

7、測(cè)為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法，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例第15頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三監(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)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

8、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。第16頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三儀器分類：便攜式測(cè)振表數(shù)據(jù)采集器表盤式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和診斷儀器的分類和選用儀器選用原則： 被監(jiān)測(cè)對(duì)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)第17頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三監(jiān)測(cè)和診斷儀器的分類和選用第18頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三測(cè)振表的外形和原理框圖阻抗變換前置放大指示選頻網(wǎng)絡(luò)微積分檢波主放大電池靈敏度調(diào)

9、節(jié)傳感器輸入交流輸出 直流輸出第19頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三計(jì)算機(jī)存貯器打印機(jī)屏 幕軟件放大接口存貯顯示時(shí)鐘電池管理環(huán)節(jié)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第20頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三數(shù)據(jù)采集器的工作流程主 菜 單趨勢(shì)分析顯示和打印調(diào)用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析和譜趨勢(shì)分析巡檢準(zhǔn)備輸入組態(tài)信息清除內(nèi)存出發(fā)巡檢校對(duì)時(shí)鐘數(shù)據(jù)處理下載數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)比較巡檢報(bào)表頻譜分析頻譜圖軌跡圖顯示和打印軌跡分析定巡檢路線新開(kāi)巡檢組定設(shè)備和測(cè)點(diǎn)定測(cè)量參數(shù)更改測(cè)量參數(shù)增減設(shè)備和測(cè)點(diǎn)增減巡檢組組 態(tài)打印組態(tài)表第21頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月

10、20日，15點(diǎn)43分，星期三典型的表盤式監(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)第22頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三典型的表盤式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前置器雙通道軸位表推力瓦溫表鍵相信號(hào)雙通道軸振表徑向瓦溫表鍵相傳感器90度布置的兩渦流傳感器推力瓦溫傳感器徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報(bào)警信號(hào)輸出離心壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第23頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三計(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)據(jù)分析、人機(jī)對(duì)話等功能。存貯器打印機(jī)屏 幕軟件適調(diào)放大切換裝置A/D變換器來(lái)自傳感器監(jiān)測(cè)儀表計(jì)算機(jī)

11、第24頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖下位機(jī)分析處理聯(lián)網(wǎng)顯示存貯人機(jī)對(duì)話通訊適調(diào)放大適調(diào)放大限幅整形光電隔離光電隔離光電隔離同步采樣采樣上位機(jī)振動(dòng)信號(hào)（快變）溫度、壓力信號(hào)（慢變）鍵相信號(hào)第25頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三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(shí)用于診斷工作。結(jié)果及解釋征兆事實(shí)庫(kù)知識(shí)獲取征兆獲取推理機(jī)診斷知識(shí)庫(kù)設(shè)備參數(shù)庫(kù)工作存貯器人機(jī)對(duì)話故障對(duì)策傳感器信號(hào)領(lǐng)域?qū)＜矣?戶第26頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三精密診斷的方法頻

12、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 分形幾何法第27頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三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。第28頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見(jiàn)故障的頻率特征強(qiáng)迫振

13、動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障R: 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率第29頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(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。振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過(guò)臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風(fēng)機(jī)TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小第30頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(zhuǎn)子不平衡的類型第31頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(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。電機(jī)水泵

14、POPIMOMI1X 頻率2X 頻率葉片通過(guò)頻率第32頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類型正確對(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第33頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三不同聯(lián)軸節(jié)的情況聯(lián)軸節(jié)類型 不對(duì)中形式 振 動(dòng) 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 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)）第34頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20

15、日，15點(diǎn)43分，星期三轉(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。電機(jī)水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分本例中最高出現(xiàn)16X成分噪聲水平高第35頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三松動(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.等頻率成分第36頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三D 節(jié)圓直徑d 滾珠直徑 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 dD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)第37頁(yè)

16、，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三滾動(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PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個(gè)諧波第38頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn) 不平衡不對(duì)中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk第39頁(yè)，共52頁(yè)，2

17、022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三帶滑動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不對(duì)中松動(dòng)引起的諧波不平衡油膜渦動(dòng)、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to pk12.510.07.55.02.50第40頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三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。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X第41頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5

18、月20日，15點(diǎn)43分，星期三趨勢(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)間正常使用期耗損期磨合期故障率時(shí)間“浴盆曲線”停機(jī)日期報(bào)警日期故障征兆時(shí)間劣化曲線報(bào)警值危險(xiǎn)值第42頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三趨勢(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第43頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三通頻值趨勢(shì)分析報(bào)警值危險(xiǎn)值停機(jī)日期報(bào)警日期第44頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三確定報(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)、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。 類比法 與同類機(jī)器的振動(dòng)值作比較。第45頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)43分，星期三轉(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 101000HzI 級(jí)：小型機(jī)械 例15kW以下電機(jī)II級(jí)：中型機(jī)械 例1575kW以下電機(jī) 和300kW以下機(jī)械III級(jí)：大型機(jī)械，剛性基礎(chǔ) 60012000r/minIV 級(jí)：大型機(jī)械，柔性基礎(chǔ) 60012000r/min0.280.450.711.121