1、状态监测和故障诊断的仪 器 和 方 法,本 章 内 容,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、齿轮故障等趋势分析法 通频值趋势分析 频谱趋势分析 报警值和危险值的确定,状态监测和故障诊断及其作用设备维修制度的发展和不同维修制度的比较故障诊断的各种手段振动监测仪器的分类及其选用原则 离线仪器和在线系统,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。是设备维修的发展方向。,简易诊断和精密诊断,状态监测（简易诊断） 内容：识别有无
2、故障明确故障严重程度作出故障趋势分析由设备维修人员在现场进行,故障诊断（精密诊断） 内容：确定故障部位确定故障原因提出维修建议由设备诊断人员在现场或中心进行,状态监测和故障诊断的过程,状态监测和故障诊断的作用,监测与保护 监测机器工作状态。发现故障及时报警，并隔离故障。 分析与诊断 判断故障性质、程度和部位。分析故障原因。 处理与预防 给出消除故障的措施。防止发生同类故障。,设备维修制度的发展,事后维修，故障维修 (Break down) 设备坏了后才去修理。定期维修，预防维修 (Preventive) 定期地检查和大修。预测维修，视情维修 (Predictive) 周期的监测，必要时才去维修
3、。,事后维修体制,设备运行到坏了再进行修理。不需要安排计划。对一些设备，更换比修理更便宜。意外停机引起生产损失。可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库存备件投资多。,定义优点缺点,定期维修体制,按预订的时间间隔或检修周期，对设备作维修、调整和更换备件。机器寿命较长。减少意外停机。备件库存较少。意外停机引起生产损失。过剩维修导致维修费用增加。过剩维修引起人为维修故障。,定义优点缺点,预测维修体制,有计划地对设备作检查和测试，以确定其健康状态，必要时才进行维修。减少非计划停机损失。维修时间间隔可以延长。维修费用大为减少。备件库存最小。需要初始投资。需学习和培训。,定义优点缺点,不同制度的维修成
4、本的比较,大型钢铁企业,维修费用化了多少？,美国1980年税收总额 $7500亿，维修费为 $2460亿, 估计其中过剩维修费为 $750亿。 我国1987年国营公交企业40万个，固定资产￥7000亿, 维修费约为固定资产的 35。 我国2002年规模以上企业共有固定资产￥8800万亿， 维修费有多少？能节省多少？,停产一天的损失有多大？,300MW发电机组 损失电720万kWh，约￥144万元30万吨化肥装置 损失化肥1000t， 约￥150万元三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400万元,先进维修制度的作用, 保证机器精度，提高产品质量 减少意外停车引起的生产损失 防止事故，杜绝
5、灾难性故障 减少维修时间和维修费用（人力和财力） 改善环境，改善企业形象投资获得最大和最长远的回报,国家有关的条例摘录,逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以状态监测为基础的预知维修体制。 1983年国家经委国营公交设备管理试行条例 企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术的现代化水平。 1987年国务院全民所用制公交设备管理条例,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）
6、 ：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。,仪器分类：便携式测振表数据采集器表盘式的监测系统计算机化监测系统,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,监测和诊断仪器的分类和选用,测振表的外形和原理框
7、图,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,数据采集器的工作流程,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,典型的表盘式监测系统,离心压缩机监测系统,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。,汽轮发电机组的监测系统框图,故障诊断的专家系统框图,专家系统是一个故障诊断的专用程序。用户可以把其中积累的诊断专家的知识用于诊断工作。,精密诊断的方法,频谱分析法趋势分析法 通频值趋势分析、频谱趋势分析时域分析法 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
8、,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,精密诊断最常用的方法,频谱分析法 每种故障有其对应的特征频率。 据此确定机器的故障性质和严重程度。趋势分析法、频谱趋势分析法 根据劣化曲线，振动的通频幅值(特征频率幅值)随故障的发展而增大。 据此监视机器的健康状态，并推测其寿命。,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,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。,转子不平衡的类型,转子不对中故障的频谱,出现 2X 频
9、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。,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,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）,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
10、。,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,D 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,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,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。还可用非频率域的诊断方法，如共振解调。,电机,离心泵,带滚动轴承的机械的频谱特点,带滑动轴承的机械的频谱特点,齿轮故障的频谱,齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。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
11、越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析。,齿轮箱,上辊,下辊,输入轴,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,“浴盆曲线”,趋势分析法,通频值趋势分析 简单易行 不易发现早期故障,频谱趋势分析 能早期发现齿轮、轴承等早期故障 能较快判定故障的部位,通频值趋势分析,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。 类比法 与同类机器的振动值作比较。,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 101000Hz,I 级：小型机械 例15kW以下电机II级：中型机械 例1575kW以下电机 和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础 60012000r/minIV 级：大型机械，柔性基础 60012000r/min,(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 ,相对法确定振动限值,滚动轴承齿 轮,旋转机械滑动轴承,类比法确定振动限值,C泵的振动超过同类诸泵的振动一倍，C泵应定为有故障,频谱趋势分析,滚动轴承机械的报警参考值,滑动轴承机械的报警参考值,
