電氣設(shè)備故障診斷

1、電氣設(shè)備故障診斷第一講：目的、意義，現(xiàn)狀及主要研究方向第一講：目的、意義，現(xiàn)狀及主要研究方向1. 序言序言 故障診斷技術(shù)最重要的意義在于改革設(shè)備維修改革設(shè)備維修制度，變傳統(tǒng)的定期檢制度，變傳統(tǒng)的定期檢修為預(yù)知維修修為預(yù)知維修。不僅節(jié)約了大量的維修費(fèi)用，而且由于減少了許多不必要的維修時(shí)間，從而大大增加了設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間，大幅度提高了生產(chǎn)率，產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效益。 故障診斷是根據(jù)設(shè)備和工藝過(guò)程根據(jù)設(shè)備和工藝過(guò)程中發(fā)生的各種信息來(lái)識(shí)別和診斷中發(fā)生的各種信息來(lái)識(shí)別和診斷的的。由于信息的多樣性，幾乎涉及到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，需要廣泛的理論基礎(chǔ)。為了開(kāi)發(fā)設(shè)備故障診斷技術(shù)，對(duì)于別的領(lǐng)域中的診斷方法、別的學(xué)科

2、中的理論、方法以及各種現(xiàn)代化儀器的最新成就需給予高度重視，比如振動(dòng)測(cè)試和信號(hào)分析、聲發(fā)射技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)、熱象技術(shù)、油液分析技術(shù)以及各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)?？梢?jiàn)，故障診斷是多學(xué)科交叉的故障診斷是多學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)邊緣科學(xué)。 診斷-根據(jù)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息來(lái)判別設(shè)備是正常運(yùn)行還是發(fā)生了異常現(xiàn)象，即識(shí)別設(shè)備是否發(fā)生了故障，稱(chēng)為故障診斷故障診斷設(shè)備診斷技術(shù)的背景設(shè)備診斷技術(shù)的背景 設(shè)備維修的變遷設(shè)備維修的變遷 現(xiàn)代工業(yè)的特點(diǎn) 設(shè)備維修的重要性 設(shè)備事故的危害性 對(duì)設(shè)備不解體監(jiān)測(cè)和診斷的要求越來(lái)越強(qiáng)烈 維修人員高齡化產(chǎn)生的問(wèn)題 設(shè)備大型化、連續(xù)化、高速化和自動(dòng)化。在提高生產(chǎn)率，降低成本，節(jié)約能源

3、和人力，減少?gòu)U品，保證生產(chǎn)質(zhì)量等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。另一方面，由于設(shè)備發(fā)生故障而造成的損失成比例增加。 現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，點(diǎn)檢工作量大，一般情況下很難依靠人的感官和經(jīng)驗(yàn)把故障因素檢查出來(lái)，且不允許隨便解體設(shè)備。要求采用先進(jìn)的儀器和科學(xué)的方法，進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷。 在許多工業(yè)化國(guó)家中，一方面經(jīng)驗(yàn)豐富的“標(biāo)準(zhǔn)眼”，“標(biāo)準(zhǔn)耳”越來(lái)越少，另一方面青年維修工人往往缺乏應(yīng)有的素質(zhì)豐富的經(jīng)驗(yàn)。 尋求專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的在時(shí)間和空間上的延續(xù)。解決問(wèn)題的出路對(duì)設(shè)備維修工作進(jìn)行改革對(duì)設(shè)備維修工作進(jìn)行改革 1. 管理方面2. 經(jīng)濟(jì)方面3. 技術(shù)方面 用“設(shè)備綜合工程學(xué)設(shè)備綜合工程學(xué)”的觀(guān)點(diǎn)來(lái)確定維修方針、目標(biāo)、組織人員

4、和管理系統(tǒng)。以壽命周期費(fèi)用最佳化為目標(biāo)壽命周期費(fèi)用最佳化為目標(biāo)，根據(jù)對(duì)維修的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，從維修費(fèi)、劣化損失、固定資產(chǎn)轉(zhuǎn)移和折舊等因素來(lái)確定維修的方針、目標(biāo)、組織人員和管理系統(tǒng)。 大力發(fā)展設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)發(fā)展設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，最引人注目的是故障診斷技術(shù)，改革維修方式。 2. 技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ) 一些認(rèn)識(shí)一些認(rèn)識(shí) 1診斷是一種新技術(shù) 傳統(tǒng)的診斷技術(shù)（或原始的診斷技術(shù)）是憑人的感覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)機(jī)器設(shè)備的健康進(jìn)行診斷的方法，幾乎是與機(jī)器的發(fā)明同時(shí)發(fā)生的?，F(xiàn)代的診斷技術(shù)是指應(yīng)用最新的現(xiàn)代化儀器設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等當(dāng)代的最高技術(shù)來(lái)檢查和識(shí)別機(jī)械設(shè)備及其零、部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，診斷它是

5、否健康的技術(shù)。2技術(shù)診斷的基本思路識(shí)別現(xiàn)狀識(shí)別現(xiàn)狀 預(yù)測(cè)未來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái) 3目標(biāo) 診斷的目的是為了預(yù)防事故的發(fā)生，包含失效分析和故障預(yù)防 技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ) 一些認(rèn)識(shí)一些認(rèn)識(shí) 名詞及定義名詞及定義 1.故障的定義故障在英語(yǔ)中是Fault，或失效Failure故障比失效廣泛些，有時(shí)機(jī)器發(fā)生輕微或不很?chē)?yán)重的故障時(shí)，它還沒(méi)有完全失效。 機(jī)器故障一臺(tái)機(jī)器在它應(yīng)達(dá)到的功能上喪失了能力稱(chēng)為這臺(tái)機(jī)器發(fā)生了故障。故障包括使機(jī)器設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障、降低設(shè)備功能的但沒(méi)有完全喪失功能的功能性故障和人為的誤操作停車(chē)故障。產(chǎn)生故障的原因有人為誤操作、由正常磨損或疲勞使機(jī)械設(shè)備達(dá)到其自然壽命和環(huán)境影響等

6、三方面的因素。 2. 技術(shù)診斷的定義技術(shù)診斷就是對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，其含義是定量地識(shí)別系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)指機(jī)械設(shè)備、工藝過(guò)程、工程結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)運(yùn)行中其功能是良好、正常、劣化或發(fā)生故障。如果系統(tǒng)是指機(jī)械設(shè)備，那么技術(shù)診斷就是機(jī)械設(shè)備故障診斷，要求定量地掌握設(shè)備的狀態(tài)，即掌握其性能和強(qiáng)度，了解零件的應(yīng)力狀態(tài)、性能的劣化和零部件的損傷等等。從理論上講技術(shù)診斷就是系統(tǒng)辨識(shí)。 3. 技術(shù)診斷學(xué)的定義識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)就是技術(shù)診斷學(xué)，它研究系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映。 由于診斷信息的多樣性，幾乎涉及到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，所以需要廣泛的理論基礎(chǔ)。診斷學(xué)是多學(xué)科交叉的邊

7、緣科學(xué) 技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ) 一些認(rèn)識(shí)一些認(rèn)識(shí) 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容 1診斷對(duì)象 零部件的技術(shù)診斷和系統(tǒng)的技術(shù)零部件的技術(shù)診斷和系統(tǒng)的技術(shù)診斷。系統(tǒng)故障與部件故障互相診斷。系統(tǒng)故障與部件故障互相有關(guān)但也有差別，而部件故障與有關(guān)但也有差別，而部件故障與系統(tǒng)故障的關(guān)系，對(duì)于不同的系系統(tǒng)故障的關(guān)系，對(duì)于不同的系統(tǒng)也不相同，必須具體分析后才統(tǒng)也不相同，必須具體分析后才能確定。能確定。 2診斷過(guò)程 技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、識(shí)別診斷識(shí)別診斷和預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)三個(gè)方面，在預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和性能時(shí)，如果識(shí)別出異常狀態(tài)，就要對(duì)其原因、部位和危險(xiǎn)程度進(jìn)行診斷和評(píng)價(jià)，

8、研究決定其修正和預(yù)防的方法，整個(gè)診斷過(guò)程表示在框圖中。一個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中必然有能量、介質(zhì)、力、熱及摩擦等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化產(chǎn)生各種各樣的信息。這些信息的變化直接和間接地反映出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也就是說(shuō)正常運(yùn)行和異常運(yùn)行時(shí)的信息變化規(guī)律是不一樣的，技術(shù)診斷就是根據(jù)機(jī)器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不同的信息變化規(guī)律信息特征來(lái)識(shí)別機(jī)器是處在正常運(yùn)行狀態(tài)還是異常運(yùn)行狀態(tài)的。技術(shù)診斷的過(guò)程技術(shù)診斷的過(guò)程包括“信息的采集、處理系統(tǒng)”和“狀態(tài)識(shí)別、故障診斷和決策系統(tǒng)”兩大部分。信息采集和處理系統(tǒng)包括把信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的傳感器和對(duì)電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的信號(hào)處理系統(tǒng)；狀態(tài)識(shí)別和診斷決策系統(tǒng)包括狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行特性

9、辨識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)圖和標(biāo)準(zhǔn)譜數(shù)據(jù)庫(kù)及診斷決策。技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ) 一些認(rèn)識(shí)一些認(rèn)識(shí) 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容 技術(shù)診斷的分類(lèi)技術(shù)診斷的分類(lèi) 1功能診斷和運(yùn)行診斷2定期診斷和在線(xiàn)監(jiān)控 3直接診斷和間接診斷 4常規(guī)診斷和特殊診斷 5簡(jiǎn)易診斷和精密診斷 簡(jiǎn)易診斷一般由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員實(shí)施，能對(duì)設(shè)備的狀態(tài)迅速有效地作出概括性的評(píng)價(jià)，它具有下列功能：l設(shè)備的應(yīng)力狀態(tài)和趨向控制，異常應(yīng)力的檢測(cè)；l設(shè)備的劣化和故障的趨向控制及早期發(fā)現(xiàn)（功能方面）；l 設(shè)備的監(jiān)測(cè)與保護(hù)，及早發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的設(shè)備。精密診斷目的是對(duì)由簡(jiǎn)易診斷判定的“大概有點(diǎn)異常”的設(shè)備進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的精確診斷，由精密診斷的專(zhuān)家

10、來(lái)進(jìn)行，它具有下列功能：l 確定故障的類(lèi)型，了解故障產(chǎn)生的原因；l 估算故障的危險(xiǎn)程度，預(yù)測(cè)其發(fā)展；l 確定消除故障、恢復(fù)和改善機(jī)械設(shè)備正常狀態(tài)的方法。精密診斷技術(shù)的功能包括應(yīng)力定量技術(shù)、故障檢測(cè)分析技術(shù)。應(yīng)力定量技術(shù)指用試驗(yàn)測(cè)定和計(jì)算技術(shù)對(duì)設(shè)備的各種應(yīng)力（如電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力、溫度應(yīng)力和等）定量判定。故障檢測(cè)分析技術(shù)指用失效分析和故障診斷技術(shù)對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵零件進(jìn)行檢驗(yàn)、分析和對(duì)各種設(shè)備、結(jié)構(gòu)、工藝流程進(jìn)行診斷的技術(shù)，必要內(nèi)容必要內(nèi)容：1.與異?；蚬收舷鄬?duì)應(yīng)的信號(hào)的檢測(cè)2.引出信號(hào)的特征，即信號(hào)處理3.識(shí)別故障原因，標(biāo)定故障部位，即用于判定故障的軟件 技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)診斷學(xué)基礎(chǔ) 一些認(rèn)

11、識(shí)一些認(rèn)識(shí) 名詞及定義名詞及定義 技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容技術(shù)診斷學(xué)的內(nèi)容 技術(shù)診斷的分類(lèi)技術(shù)診斷的分類(lèi) 技術(shù)診斷的經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)診斷的經(jīng)濟(jì)效益 潛在效益 ：維修量?jī)?yōu)化維修工作的周期和內(nèi)容，減少維修費(fèi)用；因素的重要性取決于設(shè)備在系統(tǒng)中的地位。 故障率降低一些設(shè)備的不可用率，提高運(yùn)行效率；可靠性在過(guò)負(fù)載期間，能提高設(shè)備控制性能和運(yùn)行可靠性。 對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，一致的看法是經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在減少事故、降低維修費(fèi)用、減少維修時(shí)間、增加運(yùn)行時(shí)間。 3. 技術(shù)診斷的發(fā)展概況技術(shù)診斷的發(fā)展概況 歐洲維修團(tuán)體聯(lián)盟（FENMS） 英國(guó)提倡的設(shè)備綜合工程學(xué)（Terotechnology） 美國(guó)的后勤學(xué)（

12、Logistics） 1986年6月4日7日在沈陽(yáng)東北工學(xué)院召開(kāi)了國(guó)內(nèi)第一次機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)國(guó)際會(huì)議，會(huì)上交流了100多篇論文 1. 診斷技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，診斷方法和原理，疲勞失效及可靠性；2. 旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)械的技術(shù)診斷，事故分析及預(yù)防；3. 工程結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件和工藝過(guò)程技術(shù)診斷的研究與應(yīng)用；4. 診斷、監(jiān)視、測(cè)試儀表、計(jì)算機(jī)在診斷技術(shù)中的應(yīng)用 故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)外國(guó)外： 美國(guó)最早，1967年美國(guó)宇航局倡導(dǎo)成立了機(jī)械故障預(yù)防小組（MFPG） 70年代英國(guó)機(jī)械保健中心成立，并用于核發(fā)電、鋼鐵、電力等診斷。 71年日本開(kāi)始發(fā)展自己的TPM（全員生產(chǎn)維修）：鋼鐵、化工、鐵路 歐美許多國(guó)家都

13、在重視發(fā)展。如瑞典SPM軸承監(jiān)測(cè)、挪威船舶診斷、丹麥B&K的振動(dòng)與聲發(fā)射診斷故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)： 天津大學(xué)從1982年起研究齒輪傳動(dòng)、軸承、齒輪箱、切削過(guò)程等方面的診斷與監(jiān)控技術(shù)，成果有：1、 設(shè)備的智能診斷與預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)2、 設(shè)備在線(xiàn)自動(dòng)報(bào)警與保護(hù)通用監(jiān)控系統(tǒng)3、 動(dòng)態(tài)測(cè)試與信號(hào)分析系統(tǒng)4、 模態(tài)分析系統(tǒng) 華中理工大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的汽輪發(fā)電機(jī)組診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、鋼絲繩診斷系統(tǒng) 西安交大：旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷RB-20，用于煉油行業(yè) 國(guó)防科大：望遠(yuǎn)號(hào)遠(yuǎn)洋考察船的在線(xiàn)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng) 哈工大： 20萬(wàn)kW汽輪發(fā)電機(jī)組診斷故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)特點(diǎn)： 技術(shù)研究和積累較多 在石化、

14、電力等方面的應(yīng)用較多，效益好、易診斷 傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用少，主要原因是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、企業(yè)效益普遍不好 汽車(chē)制造業(yè)已經(jīng)逐步重視，如：玉柴、吉普、桑塔納、一汽、重慶長(zhǎng)安、九五攻關(guān)項(xiàng)目等技術(shù)診斷應(yīng)用的動(dòng)向 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已把技術(shù)診斷應(yīng)用到各種機(jī)械設(shè)備、儀器儀表，電子器件和電子計(jì)算機(jī)、交通工具和航空航天器中；應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)方面，譬如對(duì)各種建筑和水工結(jié)構(gòu)、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)等進(jìn)行損傷診斷；焊縫質(zhì)量的診斷也引起了人們的興趣，這樣技術(shù)診斷從設(shè)備的故障診斷發(fā)展到產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)和結(jié)構(gòu)損傷或完好程度的鑒定。 在工藝過(guò)程的診斷和控制中，在國(guó)內(nèi)已廣泛地開(kāi)展了機(jī)械加工工藝質(zhì)量的監(jiān)視、診斷和控制，對(duì)帶鋼冷軋質(zhì)量的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)熱處理

15、工藝過(guò)程，煉鋼工藝過(guò)程和化工工藝過(guò)程的診斷；發(fā)展到對(duì)控制系統(tǒng)、電網(wǎng)輸配等能源系統(tǒng)的故障診斷。 診斷方法的發(fā)展方向 60年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了快速富里葉變換，從而把信號(hào)處理和分析技術(shù)的軟件和硬件推向新的高度。設(shè)備系統(tǒng)和零部件的可靠性工程的發(fā)展以及對(duì)零件失效分析機(jī)理的研究等等。推動(dòng)了技術(shù)診斷的飛速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外對(duì)別的領(lǐng)域中的診斷方法、理論和各種現(xiàn)代化的儀器的最新成就保持高度敏感性，凡是成熟的可借用的拿來(lái)就用，成熟的可借用的拿來(lái)就用，不成熟的也拿過(guò)來(lái)完善它不成熟的也拿過(guò)來(lái)完善它，使它適用于診斷的目的。象振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)、油液分析技術(shù)以及各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，都是被借用于

16、診斷目的，成為設(shè)備診斷技術(shù)的重要內(nèi)容。兩種以上方法的綜合診斷具有較高的確診率，象振聲診斷就是其中最活躍的代表。 診斷的智能化是重要的研究課題診斷的智能化是重要的研究課題。診斷理論的發(fā)展動(dòng)向 診斷技術(shù)是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種各樣的信息（一次信息一次信息）來(lái)識(shí)別和進(jìn)行診斷的，或者對(duì)結(jié)構(gòu)、零件和部件進(jìn)行激勵(lì)使之產(chǎn)生各種不同的信息（二次信息二次信息）來(lái)診斷其損傷。由于信息的多樣性，診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)非常廣泛，已經(jīng)應(yīng)用到自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科。涉及最多的學(xué)科有高等數(shù)學(xué)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)各個(gè)分支，電子計(jì)算機(jī)計(jì)算方法，物理學(xué)中的熱學(xué)、光學(xué)和聲合一力學(xué)以及化學(xué)等。這些數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)和化學(xué)等等的方法為我們對(duì)設(shè)備、工藝過(guò)程和生產(chǎn)系統(tǒng)的正確診斷提供了各方面的信息，為由局部推測(cè)整體、由現(xiàn)象判斷本質(zhì)和由當(dāng)前預(yù)見(jiàn)未來(lái)建立了可靠的依據(jù)。 診斷裝置的發(fā)展動(dòng)向 診斷