机械故障诊断概述..

故障诊断基础1.机械故障诊断概述2.机械故障诊断中的信号处理3.振动与噪声监测技术4.超声波与声发射检测技术5.油样分析技术6.温度监测方法7.滚动轴承与齿轮故障诊断技术8.旋转机械故障诊断技术9.往复机械故障诊断技术宋玉超2014.3第一章机械故障诊断概述1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容1.2设备故障的信息获取和检测方法1.3机械设备故障诊断方法的分类1.4机械设备故障诊断技术的发展概况1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容现代工业生产对机械设备的要求:可靠性可用性维修性经济性安全性进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色；机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色；机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术机械故障：失效与损坏是严重的故障。指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容分类标准分类名称（1）按发生原因分磨损性故障错用性故障先天性故障（2）按造成的后果分危害性故障安全性故障（3）按发生的快慢分突发性故障渐发性故障（4）按发生的范围分部分性故障完全性故障（5）按发生的频次分偶发性故障多发性故障（6）按系统功能丧失的程度分永久性故障非永久性故障（7）按故障相关性划分相关故障非相关故障（8）按故障发生的时期划分早期故障使用期故障后期故障机械故障的分类机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容◇按诊断对象分：①旋转机械诊断技术②往复机械诊断技术③工程结构诊断技术④运载器和装置诊断技术⑤通信系统诊断技术⑥工艺流程诊断技术机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容◇按按诊断目的和要求分类：①功能诊断与运行诊断②定期诊断和连续诊断③直接诊断和间接诊断④常规工况与特殊工况诊断⑤在线诊断和离线诊断机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容按诊断方法的完善程度分类简易诊断利用一般简易测量仪器对设备进行监测，根据测得的数据，分析设备的工作状态。如利用测振仪对机组轴承座进行测量，根据测得的振动值对机组故障进行判别或者应用便携式数据采集器将振动信号采集下来后再进行频谱分析用以诊断故障。精密诊断技术利用较完善的分析仪器或诊断装置，对设备故障进行诊断，这种装置配有较完善的分析、诊断软件。精密诊断技术一般用于大型、复杂的设备，如电站的大型汽轮发电机组、石油化工系统的关键压缩机组等。设备故障诊断的基本方法CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容（1）传统的故障诊断方法首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法，以旋转机械为例，振动及其频谱特性的征兆是最能反映故障特点、最有利于进行故障诊断的手段。设备故障诊断的基本方法CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容（2）故障的智能诊断方法在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能（ArtificialIntelligence）的理论和方法用于故障诊断，发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条全新的途径，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。人工智能的目的是使计算机去做原来只有人才能做的智能任务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等功能。专家系统（ExpertSystem）是实现人工智能的重要形式.专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间（包括数据库）组成。专家系统的核心问题是知识的获取和知识的表示。设备故障诊断的基本方法CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容（3）故障诊断的数学方法设备故障诊断技术作为一门学科，尚处在形成和发展之中，必须广泛利用各学科的最新科技成就，特别要借助各种有效的数学工具。包括基于模式识别诊断方法，基于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法，以及神经网络、小波变换、分形几何等新发展的数学分支在故障诊断中的应用等等。推广和应用设备状态监测与故障诊断技术可以达到如下目的：状态监测与故障诊断技术是预防(状态)维修的必要条件状态监测与故障诊断技术是开展预防(状态)维修的重要支撑1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容①保障设备运行安全，防止突发事故②保证设备工作精度，提高产品质量③实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用④避免设备事故带来的环境污染及其它危害⑤给企业部门带来较大的间接经济效益1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容设备诊断：即“设备医生”用一定的仪器、手段定性、定量描述设备状态分析故障发生原因并根据运行状态的变化预测故障的发展最终实现对故障的控制1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行主要目的：①及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性②制定合理的监测维修制度，保证设备发挥最大设计能力,同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用③通过检测、分析、性能评估等，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息①状态监测：②故障诊断：③指导设备管理和维修：1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容了解和掌握设备的运行状态。包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，考虑环境因素，对运行状态作出评估，并为进一步分析提供信息根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据①有利于提高设备管理水平②避免重大事故发生，减少事故危害性③可以获得潜在的巨大经济和社会效益1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容有利于提高设备管理水平“管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展机械设备状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分避免重大事故发生，减少事故危害性现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故发展机械设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽可以获得潜在的巨大经济和社会效益生产设备停机、停工带来的单位损失越来越大最大限度降低设备寿命周期费用，最大限度提高以生产经济性为目标的管理寿命周期费用(LCC)＝研制费用＋生产费用＋使用、维修费用＝购置费用＋使用、维修费用推行设备诊断技术和现代维修技术，有助于减少使用、维修费用，从而从整体上降低设备的寿命周期费用☆目的意义举例：美国Pekrul电厂故障诊断效益分析电厂情况装机容量：1000MW，电费：US$0.015元/千瓦时，年产值约：US$1亿元事故损失按可靠性分析，事故停机14次/年，停产损失US$15万元/天诊断效果能查出50％的事故，其中50％由诊断系统查出，内含虚警20％，修复时间：3天/每次事故诊断效益(节约费用)B＝14x0.5x0.5x3x15x(1-0.2)=US$126万元/年投入经费投资：US$20万元，年监测费：US$1.5万元/年诊断成本A＝(20万/10年折旧)+1.5万/年=US$3.5万元/年诊断经济效益系数C＝B/A=36☆目的意义举例：空难2009年6月1日14时，法航空客A330起飞不久后与地面失去联系。机上228人全部遇难。飞机残骸☆目的意义举例：2003年2月13日“哥伦比亚”航天飞机失事外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，一块泡沫材料脱落击中航天飞机左翼前缘。当航天飞机返回经过大气层时，剧烈摩擦使温度高达1400℃的空气冲入左翼并融化了内部结构返航过程保证可靠地、高效地发挥设备应有的功能☆☆☆1.2设备故障的信息获取和检测方法被测设备信号采集获取检测信号信号处理设备特征信息状态识别对比设备允许参数故障确定趋势分析诊断决策设备诊断过程框图1.2设备故障的信息获取和检测方法☆故障信息的获取方法①直接观测法;②参数测定法;③磨损残渣测定法;④设备性能指标的测定1.2设备故障的信息获取和检测方法☆故障信息的获取方法(一)直接观测法应用这种方法对机器状态做出判断主要靠人的经验和感官，且限于能观测到的或接触到的机器零部件。1.2设备故障的信息获取和检测方法☆故障信息的获取方法(二)参数测定法根据设备运动的各种参数的变化来获取故障信息是广泛应用的一种方法。其它如噪声、温度、压力、变形、胀差、阻值等参数也是故障信息的重要来源。1.2设备故障的信息获取和检测方法☆故障信息的获取方法(三)磨损残渣测定法测定机器零部件如轴承、齿轮、活塞环等的磨损残渣在润滑油中的含量，也是一种有效的获取故障信息的方法，根据磨损残渣在润滑油中含量及颗粒分布可以掌握零件磨损情况，并可预防机器故障的发生。有关这方面的详细内容将在第五章中叙述。1.2设备故障的信息获取和检测方法☆故障信息的获取方法(四)设备性能指标的测定设备性能包括整机及零部件性能，通过测量机器性能及输入、输出量的变化信息来判断机器的工作状态也是一种重要方法。例如，柴油机耗油量与功率的变化，机床加工零件精度的变化，风机效率的变化等均包含着故障信息。对机器零部件性能的测定，主要反映在强度方面，这对预测机器设备的可靠性，预报设备破坏性故障具有重要意义。1.2设备故障的信息获取和检测方法☆设备故障的检测方法(一）振动和噪声的故障检测5．声学法4．冲击能量与冲击脉冲测定法3．模态分析与参数识别法2．特征分析法1、振动法1.2设备故障的信息获取和检测方法☆设备故障的检测方法(二）材料裂纹及缺陷损伤的故障检测4．磁粉探伤法1．超声波探伤法3．渗透探伤法2．射线探伤法5．涡流探伤法6．激光全息检测法7．微波检测技术8．声发射技术1.2设备故障的信息获取和检测方法☆设备故障的检测方法(三）设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测这类故障除采用上述无损检测中的超声探伤法外尚可应用下列方法：油液分析技术光纤内窥技术•油液分析技术可分为两大类，一类是油液本身物理、化学性能分析；另一类是对油液中残渣的分析。具体的方法有光谱分析法与铁谱分析法。1.2设备故障的信息获取和检测方法☆设备故障的检测方法(三）温度、压力、流量变化引起的故障检测机器设备系统的有些故障往往反映在一些工艺参数，如温度、压力、流量的变化中。在温度测量中除常规使用的装在机器上的热电阻、热电偶等接触式测温仪外，目前在一些特殊场合使用的非接触式测温方法有红外测温仪和红外热像仪，它们都是依靠物体的热