设备诊断技术培训教程

1设备诊断技术培训教材上海华阳检测仪器有限公司技术推广部编著2003年6月华阳公司培训教材2目录第一章设备状态监测和故障诊断技术综述1、设备状态监测和故障诊断作用和意义…………………………（4）2、设备状态监测和故障诊断的定义………………………………（5）3、设备维修方式的演变及发展趋势………………………………（8）4、描述机械设备状态的参数及其测量方法………………………（10）思考题(12)第二章设备振动诊断的理论基础1、机械振动基本知识………………………………………………（12）2、振动幅值表达方式………………………………………………（13）3、简谐振动的三要素………………………………………………（16）4、振动检测中位移、速度和加速度参数的选择…………………（17）思考题(20)第三章设备故障基本分析方法1、信号的时域分析…………………………………………………(21)2、信号的频域分析…………………………………………………（22）3、趋势分析…………………………………………………………（24）4、倒频谱分析………………………………………………………（27）5、共振解调…………………………………………………………（29）思考题(32第四章常见设备故障种类与典型频谱1、不平衡…………………………………………………………（32）2不对中……………………………………………………………（35）3、机械松动…………………………………………………………（38）华阳公司培训教材34、轴承故障…………………………………………………………（40）5、齿轮……………………………………………………………（52）思考题(57第五章设备状态点检网络化管理系统1、设备状态点检网络化管理系统简介……………………………（58）2、设备状态点检网络化管理系统前期准备工作…………………（64）3．设备状态点检网络化管理系统中期系统安装…………………（71）4．设备状态点检网络化管理系统后期调试运行…………………（72）思考题(83附录1设备振动标准1、设备振动测点的选择与标注……………………………………（83）2、设备振动监测周期的确定………………………………………（85）3、设备振动监测信息的采集………………………………………（86）4、评价机器状态的方法……………………………………………（87）5、设备状态监测和故障诊断成效评价……………………………（92）6、机械设备常用振动标准………………………………………（94）6、1绝对评价标准的范围（适用中/高速滚动轴承）……………（94）6、2风机类振动标准………………………………………………（95）6、3压缩机振动标准………………………………………………（96）6、4电动机振动标准（15kw以下、15kw以上、90kw以上的电动机）…………………………………………………………………（97）附录2：振动检测仪器(99)华阳公司培训教材4第一章设备状态监测和故障诊断技术综述1、设备状态监测和故障诊断的作用和意义设备状态监测和故障诊断技术产生、发展并广泛应用的驱动力来自三个方面的因素。即：流程工业生产的现实需要、测试技术和仪器的发展完善和国家相关的政策。首先，设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展是企业实际需要的结果，主要是设备的安全性、维修成本的压力。20世纪60年代以来，随着电子技术和计算机技术的快速发展，工业生产越来越现代化。设备和生产朝着大型化、高速化、自动化、连续化、智能化、环保化等方向发展。一方面设备更加精密复杂，许多故障很难靠人的感官发现，而且有些设备精密复杂，不允许随便解体检查；另一方面设备突发性事故造成的损失越来越大；三是设备的维修成本占总的生产成本越来越大。所以追求设备的高可靠性和最合理的维修方式是企业设备工程管理的焦点。从技术背景方面看，20世纪60年代是计算机技术、电子测量技术和信号处理技术飞速发展的年代，FFT算法语言的出现，把信号处理分析技术从硬件到软件，推向了全新的高度。此外可靠性工程、零部件失效机理的研究等，都为设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展创造了有利条件。20世纪70年代以后，设备状态监测和故障诊断技术在发达国家得到了快速推广和发展，特别是美国、英国、日本、德国等国家。中国从80年代初期开始引进并应用设备诊断技术，20年来,此项技术在中国各个行业得到了快速应用和发展，也受到中国政府的重视。李鹏总理在1986年7月2日“第二次全国设备管理、维修工作座谈会”上指出，“应该从单纯的以时间周期为基础的检修制度，逐步发展到以设备的实际技术状态为基础的检修制度。……这就要求我们采用一系列先进的仪器来诊断设备状况，通过检查诊断来确定检修的项目”。1987年，国务院发布了《全民所有制工业交通企业设备管理条例》，规定“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态检测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术现代化水平”。国家经贸委在《“九五”全国设备管理工作纲要》华阳公司培训教材5中明确指出，企业要“继续推进设备管理现代化，广泛采用先进的设备管理方法和维修技术。建立价值形态与实物形态相结合的设备管理信息系统。在采用设备状态监测、故障诊断等技术的基础上，使设备维修方式逐步转向以状态维修为主的维修方式”。显然，设备的状态监测与故障诊断是现代化管理的技术基础。当前我国的设备维修体制，已开始从早期的事后维修和长期的按计划维修体制，过度到现代的、具有预知性的视情维修（或称状态维修）阶段。在企业推广设备状态监测和故障诊断技术，可以达到以下目的和作用：（1）保障设备安全运行，防止突发事故；（2）保证设备工作精度，提高产品质量；（3）实施预防维修/按状态维修，节约维修费用；（4）避免因设备事故造成的环境损坏和其他危害；（5）给企业带来较大的间接经济效益。企业开展设备状态监测和故障诊断的最终目的，是服从和服务于生产经营大局，提高对设备状态、劣化趋势的认知和控制能力，提高设备的作业率，延长设备的使用寿命，降低设备全寿命周期费用。2设备状态监测和故障诊断的定义设备状态监测和故障诊断是设备诊断中的两个过程，两者既有密切联系又有区别。2.1设备状态监测的定义不断获取设备在运行中或相对于静态条件下的状态信息，通过对这些信息的分析和处理，并结合设备的历史状况，来定量地掌握设备的技术状态,预测设备寿命，为设备运行和按状态维修提供技术基础。设备状态信息的获得有很多种方法，其中振动监测和诊断技术是目前较普遍采用的方法之一。机器内部发生异常时，一般都会伴随着出现异常振动、声音和设备性能的变化。通过对机械振动信息的测量和分析，往往可以不停机或不解体设备就可以对设备劣化的部位和故障的性质做出判断。由于振动测试的技术和仪器都比较成熟，在企业中得到了广泛的应用，产生了大量的经济效益和社会效益。华阳公司培训教材62.2设备故障故障是个非常广义的概念。简单地说，设备故障就是设备系统或其中的元件/部件丧失了规定的功能。与故障意义相近的还有一个叫“失效”的概念。失效通常指的是不可修复的对象；故障指的是可以修复的对象。设备故障模式—从可靠性的观点看设备故障模式有六种，如图1-1所示。模式A是典型的浴盆曲线。模式B和模式F是“半”浴盆曲线，模式B设备投入使用后故障率固定或是略增趋势而后进入磨耗期；模式F具有高的早期的故障率，而后降到一个固定水平或是略增趋势。模式C设备显示出故障率随时间缓慢增长而没有具体的耗损期。模式D表示开始时故障率低而后快速增长到一个固定水平。模式E则表示故障率不随时间变化。民用航空业的研究表明，仅4%的产品符合模式A，2%的符合B，5%的符合C，7%的符合D，14%的符合E，并且不少于68%的符合模式F(其它的工业部门不一定与飞机的故障分布相同，但随着设备的日趋复杂，越来越多的产品符合模式E和F)。图1-1设备故障模式华阳公司培训教材7这些发现证明了下列的观点是错误的，即：设备的可靠性与其运行时间之间总是存在着某种联系，因此，翻修越频繁，设备越少出故障。实践也证明了上述观点是不正确的。除非与设备运行时间有关的故障模式占主导地位，否则，定期翻修或更换无助于改善复杂产品的可靠性。由设备各种故障模式可知，设备能否可靠性地工作与设备工龄之间没有必然的联系。设备在服役期中，较少的时间内处于故障高发期（早期故障和磨耗期故障），更多的时间是处于偶发故障期。在不同的故障期，设备管理和检测诊断工作的重点有所不同。对早期故障，可以通过运转试验、变更设计、改善安装来减少、消除。偶发故障率高是不正常现象——应深入研究各种症状、追究剖析设备故障原因，制定相应对策和措施。在设备磨耗期，应避免意外突发故障。要加强全员设备管理（TPM），广泛应用各种设备监测和诊断技术手段，了解掌握设备运行趋势，进行劣化倾向管理。2。3设备故障诊断定义指设备在运行中或者在基本不解体设备的情况下，对设备故障的性质、原因、部位、程度等进行识别诊断，并提供维修维护措施。设备故障诊断分为简易诊断和精密诊断两个层次。简易诊断：即设备的“健康检查”。具体实施时，往往监测设备的某一个特征量，根据量值的范围判断设备是正常还是异常。如果对设备进行定期或连续监测，便可以得到一些有规律的东西，并借此进行预测/预报。简易诊断的作用是监测和保护，目的是对设备的状态作出迅速而有效的概括和评价。精密诊断：是在简易诊断基础上更深层次的诊断，通常需要更多的信息。目的是判断故障的性质（渐进性/突发性……）、原因（不平衡/不对中……）、部位（电动机/风机……、轴承/齿轮……）、程度（一般故障/严重故障……）等，并提供设备检修或治理决策。设备简易诊断和精密诊断的区别和关系可以用图1-2表示。华阳公司培训教材8图1-2设备简易诊断和精密诊断3、设备维修方式的演变及发展趋势设备维修经历了由事后维修、定期维修、预防维修到按状态维修的进化。设备点检和状态监测的实施，对维修方式的进化起到了巨大的促进作用。如今随着企业的信息化改造和信息技术的发展，设备点检监测和诊断工作已经/正在融入设备维修管理系统、设备管理信息系统、企业资产管理系统（EAM）等，成为设备基础管理最重要的信息。定期维修仅适合与损耗性故障。按经验确定的定期维修，往往造成维修不足或者是过剩维修。定期大修至少有3种不良后果：1）定期维修增加设备的总体故障率。有许多事例，本来很稳定的设备，经过维修反而出现许多故障。因为对于稳定的系统而言，维修就是一种干扰。特别是对于精密设备定期维修只能增加故障率。2）定期大修浪费大量人力、物力。根据统计，大修中有40—50%的费用被浪费了。因为有许多被维修设备完全处于良好状态。3）定期大修使设备的寿命减少。对于精密设备，零部件很多，各种零部件的连接特别牢固，每次拆、组、装都要损伤一些另部件，是零部件受到冲击，是设备整体寿命下降。近年来，基于设备状态监测和故障诊断技术发展起来的设备按状态维修是维修方式的革命。这种维修的特点是：不规定设备的修理周期，而是实时掌握、不断积累设备的状态信息，预测设备的劣化趋势和剩余寿命，根据具体情况制定不同的维修措施。这种维修方式的目华阳公司培训教材9标致力于：1）通过早期探测故障征兆，及时消除隐患，从而减少非计划检修；2）根据机器状态确定检修内容，提前作好准备，从而缩短停机检修时间；3）根据机器异常的原因和部位，指导检修，从而防止过剩维修；4）通过改善机器性能，提高可靠性，从而延长设备使用寿命；5）通过发现异常工艺参数，及时处理调整，从而优化运行操作等等。设备维修策略主要有：1）预防维修（也称为定期维修，Preventivemaintenance/Time_basedmaintenance）、按状态维修（也称为预测维修，Condition_basedmaintenance/Predictivemaintenance）和主动维修（也称为改善性维修，或基于故障根源的维修，Proactivemaintenance/Correctivemaintenance/RootCau