故障诊断介绍[兼容模式]

?1状态监测和故障诊断的仪器和方法?2内容提要趋势分析诊断法通频值趋势分析频谱趋势分析报警值和危险值的确定相关分析诊断法自相关分析互相关分析倒频谱分析诊断法状态监测和故障诊断故障诊断的各种手段监测仪器的分类及其选用离线仪器和在线系统频谱分析诊断法不同故障的特征频率不平衡、不对中、松动、轴承故障、齿轮故障举例?3在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。什么是状态监测和故障诊断？是防止事故和计划外停机的有效手段。是预知维修的基础，是设备维修的发展方向。?4监测和诊断的各种手段★振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。★温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。★声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。★油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。★无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。★压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。★强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。★表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。★工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。★电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。?5仪器分类：离线测量仪表便携式测振表数据采集器在线测量系统表盘式的计算机化的监测和诊断仪器的分类和选用仪器选用原则：被监测对象在生产中的地位生产的规模和产量预计的投资设备管理人员的水平和素质?6振动监测系统的分类和选择设备类型损坏后果推荐监测手段主要功能大约价格关键设备完全停产~100%计算机化的监测系统振动幅值、频谱的连续监测数据存储、数据比较，数据文件管理趋势分析、谱趋势分析启、停车等瞬态过程数据收集超限报警、保护，事故记忆故障诊断，人工智能，联网，远程等数十万元以上重要设备部分停产50~100%表盘式的监测系统振动幅值的连续监测超限报警、保护数据存储、比较，趋势分析几万～数十万元一般设备部分停产或不停产0~50%数据采集器振动幅值、频谱的周期采集数据存储和管理数据比较，趋势分析几万元便携测振表振动幅值的采集简单的频率分析几千元监测和诊断仪器的分类和功能?7监测和诊断仪器选用在线监测数据自动采集离线监测数据周期采集25％重要机器5％关键机器30％一般重要机器20％次要机器20％普通机器不监测用坏为止透平机压缩机汽轮发电机组燃气轮机大电机大、中型泵风机齿轮箱小电机小型泵通风机?8测振表的外形和工作框图阻抗变换前置放大指示选频网络微积分检波主放大电池灵敏度调节传感器输入交流输出直流输出?9计算机存贮器打印机屏幕软件放大接口存贮显示时钟电池管理环节传感器数据采集器计算机及外部设备数据采集器的外形和工作框图?10数据采集器的工作流程主菜单趋势分析显示和打印调用存储数据趋势分析和谱趋势分析巡检准备输入组态信息清除内存出发巡检校对时钟数据处理下载数据数据比较巡检报表频谱分析频谱图轨迹图显示和打印轨迹分析定巡检路线新开巡检组定设备和测点定测量参数更改测量参数增减设备和测点增减巡检组组态打印组态表?11典型的表盘式监测系统双通道振动表推力瓦位和瓦温表振动传感器在瓦盖上水泵的监测系统?12典型的表盘式监测系统前置器双通道轴位表推力瓦温表键相信号双通道轴振表径向瓦温表键相传感器90度布置的两涡流传感器推力瓦温传感器径向瓦温传感器轴向位置传感器报警信号输出离心压缩机监测系统?13计算机化的监测系统框图最简单的计算机化监测系统。单一计算机完成数据采集、管理、数据分析、人机对话等功能。存贮器打印机屏幕软件适调放大切换装置A/D变换器来自传感器监测仪表计算机?14汽轮发电机组的监测系统框图下位机分析处理联网显示存贮人机对话通讯适调放大适调放大限幅整形光电隔离光电隔离光电隔离同步采样采样上位机振动信号（快变）温度、压力信号（慢变）键相信号?15精密诊断的方法频谱分析法趋势分析法时域分析法波形分析、相关函数分析倒频谱分析法模态分析法随机减量法冲击脉冲法（SPM）其他数学方法•模式识别法•模糊诊断法•故障树诊断法•神经网络法•小波分析法•灰色系统法•分形几何法?16频谱分析法频谱分析法是最基本和最常用的故障诊断方法。每种故障有其对应的特征频率。根据特征频率及其变化确定机器的故障性质和严重程度。?17转动机械常见故障的频率特征强迫振动类故障自激振动类故障R:转动频率故障名称频率特征转动特征故障名称频率特征转动特征不平衡1×R同步正进动油膜涡动(0.4~0.49)×R正进动永久弯曲1×R同步正进动油膜振荡等于低阶固有频率正进动不对中2×R正进动气隙振荡等于低阶固有频率正进动磁拉力不平衡2N×RN为磁极对数正进动内腔积液失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动松动1×R,2×R等也有1.5×R,2.5×R等转子内阻失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动齿轮故障啮合频率等于齿数×R，边带频率…径向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率反进动滚动轴承外环故障…内环故障…滚珠故障…轴向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率?18转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小?19转子不平衡的类型不平衡类型特征消除措施质量不平衡低速晃动小平衡永久弯曲低速晃动大静态校直热弯曲振动随负荷增大，但有滞后找出原因部件位移或脱落振动阶跃增加，然后稳定停车检查部件结垢振动缓慢增加，轴向振动和轴向推力增大，机器效率降低清垢联轴器不平衡相邻轴承振动大，相位相同平衡?20转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。轴心轨迹成香蕉形或8字形。轴向振动一般较大。本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率?21转子不对中的类型正确对中e=0,=0平行不对中e0,=0角度不对中e=0,0综合不对中e0,0?22不同联轴节的情况联轴节类型不对中形式振动特征刚性联轴节平行不对中有2X成分角度不对中轴向振动1X成分大轴向振动大，有2X及高次谐波齿式联轴节径向振动可能有2X、3X、4X…联轴节两侧振动的相位常相反膜片联轴节有nX成分（n为螺钉数）?23转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。谱图中噪声水平高。出现精确的倍频2X，3X…等成分。松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高?24松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱松动时的频谱出现0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等频率成分?25松动结合面两边振动差别大50353815101218402558松动！松动！不松动不松动?26D—节圆直径d—滚珠直径—接触角z—滚珠数R—轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环RDdzf)cos1(2RDdzf)cos1(2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1(21RDdf)cos1(21?27滚动轴承故障的频谱轴承每一种零件有其特殊的故障频率。随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波；谐波两边产生边频。还可用如共振解调、倒频谱等诊断方法。电机离心泵PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波?28带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk?29带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0246810121416FrequencyinorderDisplacementinmpktopk12.510.07.55.02.50?30齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF齿数齿轮转速频率齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息某压缩机组振动频谱实例压缩机电动机齿轮箱振动速度频率电动机转子动平衡电动机与低速齿轮轴联轴器对中压缩机转子动平衡压缩机与高速齿轮轴联轴器对中齿轮啮合，齿缺陷电机转速N0=1480转/分=24.6667赫兹压缩机转速N1=6854.7转/分=114.245赫兹小齿轮齿数Z1=38大齿轮齿数Z0=176齿轮啮合频率Fm=N0Z0=N1Z1=4341.3赫兹齿轮边带频率Fb=Fm±iN0或Fm±iN1N02N03N0N12N13N1FmN1N1N1N1N0N0N0N1N1N1高速齿轮左边带族高速齿轮右边带族低速齿轮左边带族低速齿轮右边带族高速齿轮低速齿轮?32趋势分析法的理论根据监视机器的劣化过程预测机器的失效时间正常使用期耗损期磨合期故障率时间“浴盆曲线”停机日期报警日期故障征兆时间劣化曲线报警值危险值?33通频值趋势分析报警值危险值停机日期报警日期?34确定报警值和危险值的方法•绝对法根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等，如：ISO，GB，API等。•相对法以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。?35转机振动标准举例(轴承振动)ISO2372，ISO3945振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围10～1000HzI级：小型机械例15kW以下电机II级：中型机械例15～75kW以下电机和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础600～12000r/minIV级：大型机械，弹性基础600～12000r/minA－优，B－良，C－可，D－不可振动烈度mm/s设备分级范围限值I级II级III级IV级0.280.450.71AAA1.12AAA1.8BBBAAA2.8BBBAAA4.5CCCBBB7.1CCCBBB11.2CCC18CCC2845710.280.450.711.121.82.84.57.111.2182845DDDDDDDDDDDD?36(轴振动)转机振动标准举例VDI－德国工程师协会IEC－国际电工协会API－美国石油协会NEMA－MITI/JEAC－?37相对法确定振动限值12345678滚动轴承齿轮旋转机械滑动轴承＝(2~3)＝(4~6)报警值危险值正常值正常值?38相关分析及其应用自相关函数的定义自相关分析的应用互相关函数的定义互相关分析的应用?39自相关函数的定义信号和其延迟信号的乘积在一定时间内的平均值。反映信号x(t)和其延迟信号x(t+)的相似程度。TTxttxtxTR0d)()(1lim)(?40典型信号的自相关函数正弦正弦＋随机窄带随机宽带随机?41正常状态Rx()随很快衰减至零，信号为宽带随机。异常状态Rx()出现周期成分，机器有周期冲击。把各轴的转动频率和T对比，可确定故障来自哪根轴。自相关分析的应用C630车床主轴箱的故障诊断?42互相关函数的定义信号和另一延迟信号的乘积在一定时间内的平均值。反映信号x(t)和另一延迟信号y(t+)的相似程度。TTxyttytxTR0d)()(1lim)(?43互相关分析的应用确定管道泄漏故障点Rx1x2()的尖峰的横坐标0是3点振动传播到点1和2的时间差故1和2的中点到泄漏点3的位置s＝0.5v0v为声在管道中传播速度?44互相关函数的应用振源的确定y(t)与x2(t)的互相关比y(t)与x1(t)的互相关强，判明驾驶座的振动主要来自后轮。根据Rx2y()的尖峰的横坐标可确定振动传播的时间。?45倒频谱分析诊断法倒频谱分析用于识别频谱图中的周