機械故障診斷技術緒論專題知識講座

第一章緒論第二章信號分析方法及應用第三章故障診斷的標準第四章旋轉機械的振動監(jiān)測與診斷第五章滾動軸承的振動監(jiān)測和診斷第六章齒輪箱的振動監(jiān)測與診斷第七章油樣分析方法第八章紅外檢測方法目錄12/31/202411.1基本概念故障的概念

設備故障是指“設備功能失?！?，也就是設備不能達到預期的工作狀態(tài)，無法滿足應有的性能、功能。功能失效，機械設備基本功能不能保證；設備偏離正常功能第一章緒論12/31/20242故障的分類按故障性質(zhì)分類

人為故障自然故障故障率%ⅠⅡⅢ圖浴盆曲線Ⅰ——磨合期Ⅱ——正常使用期Ⅲ——耗損期12/31/20243按故障產(chǎn)生的原因分類

先天性故障使用性故障按故障發(fā)展速度分類

突發(fā)性故障漸進性故障按故障造成的后果分類

輕微故障一般故障嚴重故障惡性故障12/31/20244狀態(tài)檢測與故障診斷檢測縮小故障范圍狀態(tài)檢測提取征兆定期檢測故障診斷原因分析維修決策趨勢分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常12/31/20245設備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預測三個方面。其具體實施過程可以歸納為以下四個方面：1、信號采集；2、信號處理（特征提取）；3、狀態(tài)識別；4、診斷決策。12/31/20246狀態(tài)檢測通過監(jiān)視和測量設備或部件運行狀態(tài)信息和特征參數(shù)（例如振動、溫度、壓力等），并以此來判斷其狀態(tài)是否正常。故障診斷不僅要檢查出設備是否正常，還要對設備發(fā)生故障的部位、產(chǎn)生故障的原因、故障的性質(zhì)和程度給出深入的分析和判斷。狀態(tài)檢測與故障診斷關系沒有檢測就沒有診斷，診斷是目的，檢測是手段；檢測是診斷的基礎和前提，診斷是檢測的最終結果。12/31/20247

機械故障診斷主要是研究某一機械設備在運行過程中動態(tài)性能的變化規(guī)律及其運行狀態(tài)的識別方法。中國工程院院士屈梁生——診斷是以機械學和信息論為依托，多學科融合的技術，本質(zhì)是模式識別。12/31/20248轉子事故預防事故，保證人身和設備安全1.2故障診斷的意義和目的故障診斷的意義12/31/20249現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生透平機械事故12/31/202410現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生水輪機事故12/31/202411調(diào)查委員會在經(jīng)過４個月的調(diào)查后，提出長達２５６頁的調(diào)查報告。報告認為，“挑戰(zhàn)者”號爆炸的原因是右側助推火箭存在問題。由于航天飛機發(fā)射時氣溫過低，寒冷的天氣對火箭墊圈產(chǎn)生影響，最終導致爆炸。1９８６年１月２８日“挑戰(zhàn)者”號爆炸價值１２億美元的航天飛機被炸成碎片，７名機組人員全部遇難12/31/202412現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生斷裂部位三峽塔帶機斷裂事故

2002年9月3日12/31/202413保證設備精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量

12/31/202414事后維修，故障維修

(Breakdown)

設備壞了后才去修理。預防維修，定期維修(Preventive)

定期地檢查和大修。預知維修，視情維修(Predictive)

周期或?qū)崟r的監(jiān)測，必要時才去維修。推動設備維修制度的改革

12/31/202415事后維修優(yōu)點：不需要安排計劃。對一些設備，更換比修理更便宜。缺點：意外停機引起生產(chǎn)損失?？赡芤鹪O備的二次損壞，甚至災難性事故。12/31/202416預防維修優(yōu)點：減少意外停機缺點：意外停機引起生產(chǎn)損失過剩維修導致維修費用增加12/31/202417預知維修優(yōu)點：減少非計劃停機損失維修時間間隔可以延長維修費用大為減少缺點：需要初始投資需學習和培訓12/31/202418不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)12/31/202419提高企業(yè)的經(jīng)濟效益

日本應用故障診斷技術后，事故發(fā)生率減少75%，維修費用降低25～50％。英國對2000個國營工廠的調(diào)查表明，采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術后，每年可節(jié)省維修費用3億英鎊，而故障診斷系統(tǒng)的成本為0.5億英鎊。

美國1980年稅收總額$7500億，維修費為$2460億,估計其中過剩維修費為$750億。我國1987年國營公交企業(yè)40萬個，固定資產(chǎn)￥7000億,維修費約為固定資產(chǎn)的3～5％。12/31/202420

300MW發(fā)電機組停產(chǎn)一天損失電720萬kWh，約￥144萬元30萬噸化肥裝置停產(chǎn)一天損失化肥1000t，約￥150萬元三峽2號水輪機組700MW停機4小時損失￥400萬元12/31/202421

“保證可靠地、高效地發(fā)揮設備應有的功能”

1、保證設備發(fā)揮最大的設計能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設備潛能，延長服役期限和使用壽命，降低設備全壽命周期費用；2、能及時地、正確地對各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)作出診斷，預防或消除故障，對設備的運行進行必要的指導，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平；3、通過檢測監(jiān)視故障分析性能評估等，為設備結構修改優(yōu)化設計合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息。故障診斷的目的12/31/2024221.3故障診斷的基本方法按照診斷模式分★離線分析診斷★在線分析診斷★遠程檢測診斷12/31/202423離線分析診斷定期或不定期的巡檢的方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后回放到計算機，由計算機軟件進行監(jiān)測與診斷分析。

特點：離線分析，對突發(fā)故障無能為力，但可精細分析

12/31/202424計算機監(jiān)控箱記錄、文件在線分析診斷由傳感器及高速實時數(shù)采硬件、控制計算機及監(jiān)測分析軟件組成。特點：在線監(jiān)測，可以給出設備的當前狀態(tài)，捕捉突發(fā)故障并進行及時分析。

12/31/202425。。。。。。。。。。。….信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機組機組現(xiàn)場工控機….信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機組機組現(xiàn)場工控機。。。。。。。。。。?！?信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機組機組現(xiàn)場工控機遠程計算機局域網(wǎng)實時遠程監(jiān)測充分挖掘和發(fā)揮網(wǎng)絡信息交換、資源共享的優(yōu)點，充分利用科研院所的專家資源，實現(xiàn)“移動的是數(shù)據(jù)而不是人”，在網(wǎng)絡層面上實現(xiàn)故障信息的挖掘和故障類型的確診。

12/31/202426按檢測參數(shù)分★振動：適用于旋轉機械、往復機械、軸承、齒輪等?！餃囟龋t外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機械、電機、電器等?！锫暟l(fā)射：適用于壓力容器、往復機械、軸承、齒輪等?！镉鸵海ㄨF譜）：適用于齒輪箱、設備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等?！餆o損檢測：采用物理化學方法，用于關鍵零部件的故障檢測?！飰毫Γ哼m用于液壓系統(tǒng)、流體機械、內(nèi)燃機和液力耦合器等。★強度：適用于工程結構、起重機械、鍛壓機械等。★表面：適用于設備關鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等。★工況參數(shù)：適用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設備等。★電氣：適用于電機、電器、輸變電設備、電工儀表等。12/31/202427醫(yī)學診斷與故障診斷醫(yī)學診斷故障診斷原理及特征信息中醫(yī)：望、聞、問、切西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅聽心音、做心電圖量體溫驗血驗尿量血壓X射線、超聲波檢測問病史聽、摸、看、聞振動與噪聲監(jiān)測溫度監(jiān)測油樣分析應力應變測量無損檢測查閱技術檔案資料通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變化來診斷通過振動大小及變化規(guī)律觀察溫度的大小及變化觀察化學成分及磨粒形狀變化觀察壓力或應力變化觀察內(nèi)部結構缺陷找規(guī)律、查原因、作判斷12/31/202428儀器分類：便攜式測振表數(shù)據(jù)采集器計算機化監(jiān)測系統(tǒng)1.4監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用儀器選用原則：被監(jiān)測對象在生產(chǎn)中的地位生產(chǎn)的規(guī)模和產(chǎn)量預計的投資設備管理人員的水平和素質(zhì)12/31/202429測振表的外形和原理框圖阻抗變換前置放大指示選頻網(wǎng)絡微積分檢波主放大電池靈敏度調(diào)節(jié)傳感器輸入交流輸出

直流輸出12/31/202430計算機存貯器打印機屏幕軟件放大接口存貯顯示時鐘電池管理環(huán)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)采集器計算機及外部設備數(shù)據(jù)采集器外形和工作框圖12/31/202431雙通道振動表推力瓦位和瓦溫表振動傳感器在瓦蓋上水泵的監(jiān)測系統(tǒng)12/31/202432典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)前置器雙通道軸位表推力瓦溫表鍵相信號雙通道軸振表徑向瓦溫表鍵相傳感器90度布置的兩渦流傳感器推力瓦溫傳感器徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報警信號輸出離心壓縮機監(jiān)測系統(tǒng)12/31/202433計算機化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖

最簡單的計算機化監(jiān)測系統(tǒng)。單一計算機完成數(shù)據(jù)采集、管理、數(shù)據(jù)分析、人機對話等功能。存貯器打印機屏幕軟件適調(diào)放大切換裝置A/D變換器來自傳感器監(jiān)測儀表計算機12/31/202434監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用12/31/2024351.5故障診斷技術的發(fā)展概況★美國最早，1967年美國宇航局倡導成立了機械故障預防小組（“MFPG”）★70年代英國機械保健中心成立，并用于核發(fā)電、鋼鐵、電力等診斷★71年日本開始發(fā)展自己的TPM（全員生產(chǎn)維修）：鋼鐵、石油、化工、鐵路★進而歐美許多國家都在重視發(fā)展。如瑞典SPM軸承監(jiān)測、挪威船舶診斷、丹麥B&K的振動與聲發(fā)射診斷

12/31/202436★1979年機械工業(yè)部在長春舉辦設備科長學習班★1983年在南京舉辦首屆設備診斷技術專題座談會

天津大學：1982年起研究齒輪傳動、軸承、齒輪箱、切削過程等方面的診斷與監(jiān)控技術華中理工大學：汽輪發(fā)電機組診斷專家系統(tǒng)、鋼絲繩診斷系統(tǒng)

西安交通大學：旋轉機械故障診斷RB—20，用于煉油行業(yè)

國防科技大學：望遠號遠洋考察船的在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)

哈爾濱工業(yè)大學：20萬KW汽輪發(fā)電機組診斷12/31/202437★分布式、網(wǎng)絡化監(jiān)測代替集中監(jiān)測?！飳崟r的在線監(jiān)測替代定期監(jiān)測和巡