设备状态检测与故障诊断(程光友)

设备状态检测与故障诊断程光友[e-mail]18627768978几个观点与一个问题1：单纯的理论是不能做好现场诊断2：需要掌握那些理论做基础3：理论是方法与基础，仪器是工具和手段4：诊断就是现在和过去的比较5：诊断关键点是看频率结构变化6：机器由那几个关键部件组成突破诊断思路障碍诊断要有一定的理论基础现场需要的是通用的解决办法，不是单纯理论诊断需要现场设备知识与经验作支撑不管什么设备，站在诊断的角度来看，轴（转子，叶轮，皮带轮）、齿轮、轴承组合而成，因此诊断就是判断机器轴、齿轮，轴承是否存在隐患如何成为诊断高手或者专家{行业}1：测点部位选择2：测量定义选择3：分析方法选择4：事后分析结合5：制定解决方案——避免重复事故正确是思路——正确的方向——持久的行动——体会总结，交流分享振动诊断能够做些什么？1：数据测量振动测量一般是指位移，速度，加速度波形与能量检测，一般简易的仪器不具备波形测量能力，只能测量一个数值，它只能通过趋势分析，判断设备是否异常，而具备波形采集的仪器，能够通过软件分析设备产生了什么样的问题，是轴承损坏，还是安装出现问题，或者是出现了不平衡。振动诊断能够做些什么？2：数据分析通过时域波形，频谱分析，趋势分析，瀑布图，多频谱，倒谱，包络解调，轴心轨迹，交差相位，自相关，互相关，小波等分析方法，确定设备产生隐患的原因，部位振动诊断能够做些什么？3：分析工具引用A，通过时域波形指标峭度，裕度指标，脉冲指标等可以判断设备滚动轴承，齿轮是否存在问题B通过频率分析，利用倍频，边频率及频率结构，确定具体隐患部位振动诊断能够做些什么？诊断最终目标就是通过数据采集与分析，确定隐患产生的原因，部位，并拿出解决方案隐患产生的原因——设计缺陷，制造缺陷，安装缺陷，正常磨损，维护不当，管理不到位等等！目录一．设备状态监测与诊断技术的基本概念二．设备状态检测前期准备工作三．设备状态检测的实施四．故障诊断五．诊断案例一、设备状态监测与诊断技术基本概念设备状态监测是指用人工或专用仪器，按照规定的监测点(设备及部位)进行间断或连续的(周期)监测，包括压力、流量、温度、振动与噪声等等来掌握设备运行所处于的状态(状态识别)。设备诊断技术是指在设备运行中或基本不拆卸的情况下，根据设备的运行状态，判断故障的部位和原因，并预测设备今后的状态变化。设备状态监测和诊断技术是两项既有区别又密切联系的设备管理技术。设备状态监测是状态维修的初级阶段，通俗的说，它描述、反应的是设备运行状态的好与坏，而设备诊断技术是状态监测后的识别和判断阶段，能够确定设备“生病”的部位与原因。没有大量历史数据是不能保证诊断正确性。状态监测与故障诊断关系设备状态监测和故障诊断能做什么？哪些设备有问题?问题多严重?问题可能发生什么变化?应采取什么措施？设备哪有故障？什么原因？怎样维修？维修效果好不好？状态监测适用于各种旋转设备•电机•泵•风机•压缩机•离心机•齿轮箱•传送带•搅拌机•滚筒/轧辊•汽轮机几乎所有的重要旋转设备状态监测适用于多个行业和领域•汽车•食品饮料•建筑•生命科学•航海•半导体•……•冶金•电力•石油化工•纸浆及造纸•矿山•水/污水故障诊断的基本方法一、按机械故障诊断方法的难易程度分类：简易诊断法精密诊断法二、按机械故障诊断的测试手段来分类：直接观察法振动噪声测试法无损检测法磨损物测定法机器性能参数测定法故障诊断的基本方法简易诊断法采用便携式的简易诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外点温仪对设备进行人工巡回监测，根据设定的标准或人的经验分析，了解设备是否处于正常状态。精密诊断法对已产生异常状态的设备采用精密诊断仪器及其他辅助分析手段(计算机辅助分析软件、诊断专家系统等)进行综合分析，了解故障类型、部位、程度和产生原因及故障发展的趋势等问题。故障诊断的基本方法故障诊断的基本方法直接观察法如“听、摸、看、闻”，主要依靠人的感觉和经验，故有较大的局限性。随着技术的发展和进步，目前出现的便携式测振仪、泄漏听诊仪、光纤内窥镜、红外热像仪、激光全息摄影等现代手段，大大延长了人的感观器官，使这种传统方法又恢复了青春活力，成为一种有效的诊断方法。振动噪声测定法机械设备在运动状态下(包括正常和异常状态)都会产生振动和噪声。振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。大多数机械设备是定速运转设备，各零部件的运动规律决定了它的振动频率。由于是定速运转，其振动频率即为该零件的特征频率，观测特征频率的振动幅值变化，可以了解该零部件的运动状态和劣化程度。因此利用这种信息进行故障诊断是比较有效的方法，也是目前发展比较成熟的方法。其中特别是振动法，由于不受背景噪声干扰的影响，使信号处理比较容易，因此应用更加普遍。故障诊断的基本方法故障诊断的基本方法无损检验无损检验是一种从材料和产品的无损检验技术中发展起来的方法，它是在不破坏材料表面及内部结构的情况下检验机械零部件缺陷的方法。包括超声、红外、x射线、γ射线、声发射、掺透染色等，在检验由裂纹、砂眼、缩孔等缺陷造成的设备故障时比较有效。局限性：部分方法如超声、射线检测等不便于在动态下进行。故障诊断的基本方法磨损残余物测定法机器的润滑系统或液压系统的循环油路中携带着大量的磨损残余物(磨粒)。它们的数量、大小、几何形状及成分反映了机器的磨损部位、程度和性质，根据这些信息可以有效地诊断设备的磨损状态。目前磨损残余物测定方法在工程机械及汽车、飞机发动机监测方面已取得了良好的效果铁谱分析仪磨损颗粒分析故障诊断的基本方法机器性能参数测定法机器的性能参数主要包括显示机器主要功能的一些数据，如泵的扬程，机床的精度，压缩机的压力，流量，内燃机的功率、耗油量，破碎机的粒度等。一般这些数据可以直接从机器的仪表上读出，由此可以判定机器的运行状态是否离开正常范围。这种机器性能参数测定方法主要用于状态监测或作为故障诊断的辅助手段故障诊断的基本方法机器性能参数测定法机器的性能参数主要包括显示机器主要功能的一些数据，如泵的扬程，机床的精度，压缩机的压力，流量，内燃机的功率、耗油量，破碎机的粒度等。一般这些数据可以直接从机器的仪表上读出，由此可以判定机器的运行状态是否离开正常范围。这种机器性能参数测定方法主要用于状态监测或作为故障诊断的辅助手段。总结当诊断一台设备的故障部位和原因时，往往需要综合的运用多种检测方法。在判定前，要列举各种可能及该可能的特征参数值，再与检测得到的数据进行对比验证，将对比不相符合的可能排除，剩下相符的可能，即为设备的故障部位和原因。这就是故障诊断中所普遍使用的——排除法二、设备状态检测前期工作检测对象的确定检测对象的技术参数检测对象的历史信息检测对象监测部位的确定检测部位的方向检测工况的选择检测仪器的选择检测对象的确定重点设备——凡是单机停机，处理比较困难，备品备件难以准备，影响整个生产过程的设备，产品质量的设备即为重点设备。A类生产设备关键性指大型、高速、检修费用昂贵B类重要性生产设备采用离线状态监测仪器，配置便携式简易或精密检测分析仪器，定期采集数据进行分析C类一般性生产设备采用离线简易检测仪器，定一个标准来进行评判，也是比较普遍采用的一种常规做法。设备管理发展趋势随着计算机及网络技术的发展，国外已经把设备管理上升到企业资产管理范畴，不仅重要、关键设备进行在线监测方式进行状态管理，而且一般设备也采用在线监测方式，从而保证设备状态的准确、及时得到监控，提高设备的使用寿命，提高生产效率，创造更大的经济效益。检测对象的技术参数振动参数常用的有A、V、D，三者经积分、微分转换。低频振动用D（小于10Hz）；高频振动用A（大于1KHz）；中频振动用V（10—1KHz）度量。单位：D---mm、μm；V---cm/s、mm/s；A---m/s2、1g=9.8m/s2检测对象的历史信息历史信息包括安装精度要求，检修及故障处理信息。做设备诊断的必要条件___输入轴转速、齿轮的齿数、轴承的型号（节径、滚动体个数、接触角、滚动体直径）检测对象监测部位的确定1：故障发生部位2：轴承定位部位3：连接钢性好的部位。检测部位的方向对传动链不是非常复杂的设备，如风机，尽量采集水平、垂直、轴向三个方向的数据，从而方便我们分析故障的类型。对采用滚动轴承支撑的，非常有必要加上加速度参数的检测，因为滚动轴承故障特征一般在高频率区域。对传动链复杂，机构特殊的设备，原则上要保证传感器安置在设备易发故障的轴承定位部位，一般取轴向。对于单纯的旋转机械，每一个不同的检测方向，对应着不同的故障特征水平方向工频大，一般对应不平衡故障；转子自身隐患与故障垂直方向工频大，一般对应松动故障；基础及部件松动\刚性不足轴向振动大，一般对应不对中故障；安装隐患检测方向与故障关系检测工况的选择机器运行有不同工况，如轻载与重载、快速与慢速、空载与负载、启动与制动等。通常在给机器作定期状态监测与趋势分析时，我们一般选择机器的稳态工况、即机器在正常运行时的工况为振动测量工况，若要给机器作故障诊断时，应在现场的条件许可下，我们一般选择能暴露机器故障的工况作为振动测量工况，因为这时记录下来包含有故障信息的振动信号，对以后的频谱分析会有帮助。经验建议低速重载设备，建议在无载荷状态下进行数据采集与保存，这样能够让故障信息“自由释放”出来，特别是时域无量纲分析时，信息更加真实，对高速轻载设备，尽量保证分析数据是在工作状态下采集，这个时候的高频信息反映真实。针对可逆式轧机，我们应该选择无负荷，单方向连续转动时做数据采集。检测仪器的选择瞬态常指开/停车过程，也包括变负荷操作。一般来说，满足开、停车过程数据采集是至关重要的。要具备等时间或者等转速采样功能，在现场，仪器要具备“应变”能力——不管需要什么形式的数据，都能够准确采集，这个要求并不是每一个仪器厂家都能够做到的，因此，许多商家可以轻描淡写地介绍自己的系统具有稳态和瞬态数据采集的能力及其响应的分析方法，而回避数据采集的实现方式和具体的指标。检测仪器的选择-性能指标要仪器厂家提供详细的技术指标，特别是开、停车过程数据采集的密度（多少组），波特图和极坐标图的分辨率（由多少点组成），1X矢量的获取方式，稳态下频谱的分辨率（多少线），这些可以帮助我们了解产品的内在质量，这也是满足正确故障诊断的基本要求检测仪器的选择-性能指标谱线数-400、800、1600、3200、6400采样点数-1024、2048、4096、8192A/D转换位数—12、16、18……频率范围——是否能够柔性设置数据精度-传感器的精度和仪器能力有关系参数能够自由设置，从而满足各类设备数据采集与诊断的需要检测仪器的选择-软件系统检测仪器配套的系统（软件）必须具备数据兼容性与开放性系统必须同时具备分析及管理功能分析方法、手段实用，针对性、目的性强具备方便接入ERP、EAM等系统的能力采样点数与频率分辨率的关系采样点数的多少与要求多大的频率分辨率有关。当最高分析频率已经确定，要考虑诊断中频谱的频率分辨率是多少，然后由N采样点数=2.56×M线数=2.56fm分析频率/△f分辨率计算采样点数，并将采样点数设置为最接近计算值的2倍的n次幂。使用较多的有512、1024、2048、4096等。这样△f=fs/2.56×M=2.56fm/N（1/200、1/400、1/800、1/1600）fm。这就常说的200线、400线、800线等分辨率的意思。频率计算案例机器转速R=3000r/min=50Hz,欲分析8倍频以下振动信号，要求频率分辨率△f=1Hz,则采样频率和采样点数设置如下：最高分析频率fm=8×R=8×50Hz=400Hz;采样频率fs=2.56×fm=2.56×400Hz=1024Hz;采样点数N=2.56×fm/△f=2.56×400Hz/1Hz=1024,谱线数M=N/2.56=1024/2.56=400（条）。为了取得比较高的