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1、状态监测和故障诊断的设 备 和 方 法本本 章章 内内 容容n故障诊断的几种手段n频谱分析诊断法n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n通频值趋势分析法n频谱趋势分析法n报警值的确定n监测系统的功能和作用n设备维修制度的发展n不同维修制度的对比n监测系统的分类和选用 便携式测振表 数据采集器 表盘式监测系统 计算机化监测系统n在设备运行运行中或在基本不拆卸基本不拆卸的情况下，n通过各种手段，掌握掌握设备运行状运行状态，n判定产生故障的部位和原因故障的部位和原因，n并预测、预报设备未来的状态。什么是状态监测和故障诊断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
2、效手段。_是设备维修的发展方向。简易诊断和精密诊断简易诊断和精密诊断状状态监测（简易易诊断）断）内容：n识别有无故障n明确故障严重程度n作出故障趋势分析由由设备维修人修人员在在现场进行行故障诊断（精密诊断）故障诊断（精密诊断）内容：n确定故障部位n确定故障原因n提出维修建议由设备诊断人员在现场或由设备诊断人员在现场或中心进行中心进行状态监测和故障诊断的功能状态监测和故障诊断的功能监测与保与保护 监测机器工作状态 发现故障及时报警，并隔离故障 分析与分析与诊断断 判断故障性质、程度和部位 分析故障原因 处理与理与预防防 给出消除故障的措施 防止发生同类故障 保证机器精度，提高产品质量 减少意外停
3、车引起的生产损失 防止事故，杜绝灾难性故障 减少维修时间和维修费用 避免事故带来环境污染投资获得最大和最长远的回报投资获得最大和最长远的回报设备维修制度的发展设备维修制度的发展n事后维修，故障维修事后维修，故障维修 (Break down)设备坏了后才去修理。n定期维修，预防维修定期维修，预防维修 (Preventive)定期地检查和大修。n预测维修，视情维修预测维修，视情维修 (Predictive)周期的监测，需要时才去维修。事后维修体制事后维修体制设备运行到坏了再进行修理。n不需要安排计划。n对一些设备，更换比修理更便宜。n意外停机引起生产损失。n灾难性的设备事故。n库存备件投资多。n引
4、起设备的二次损坏。定义定义优点优点缺点缺点定期维修体制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。n机器寿命较长。n减少意外停机。n备件库存较少。n意外停机引起生产损失。n过剩维修导致维修费用增加。n过剩维修引起人为维修故障。定义定义优点优点缺点缺点预测维修体制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。n减少非计划停机损失。n维修时间间隔可以延长。n非必要维修减到最少。n备件库存最小。n需要初始投资。n需学习和培训。定义定义优点优点缺点缺点不同维修制度的比较不同维修制度的比较n减少灾难性事故的危险。n按计划停机。n增加生产机时。n雇员合理的配置和使用。n
5、减少备件库存。n改善产品质量。n工厂安全。n环境影响。n市场形象。维修成本比较监测和诊断的手段监测和诊断的手段 振振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。温度（温度（红外）：外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。声声发射：射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。油液（油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。无无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。压力：力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。强度：度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。表面：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：工况参数：适用于流程工业和生
6、产线上的主要设备等。电气：气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。分类分类：n便携式测振表n数据采集器n表盘式监测系统n计算机化监测系统振动监测和诊断系统的分类和选用振动监测和诊断系统的分类和选用选用原则选用原则：被监测对象在生产中的地位 生产的规模和产量 可用的资金 设备管理人员的水平和素质振动监测系统的分类和选用振动监测系统的分类和选用测振表的外形和原理框图测振表的外形和原理框图阻抗变换前置放大指示选频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设数据采集器的外形数据采集器的外形和工作
7、框图和工作框图数据采集器的软件流程数据采集器的软件流程典型的表盘式监测系统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水泵的的监测系系统典型的表盘式监测系统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离心压缩机机监测系系统计算机化的监测系统框图计算机化的监测系统框图 n最简单的计算机化监测系统。n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汽轮发电机组的监测系统
8、框图汽轮发电机组的监测系统框图故障诊断的专家系统框图故障诊断的专家系统框图n专家系统是一个故障诊断的专用程序。n用户可以把其中积累的诊断专家的知识用于诊断工作。解释程序征兆事实库知识获取征兆获取推理机诊断知识库设备参数库工作存贮器人机对话故障对策传感器信号领域专家用 户精密诊断的方法精密诊断的方法n频谱分析法分析法 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。n趋势分析法、分析法、谱趋势分析法分析法 振动的通频幅值或特征频率幅值，随故障的发展而增大。据此判定机器的健康状态，并推测其寿命。转动机械常见故障的频率特征转动机械常见故障的频率特征强强迫迫振振动动类类故故障障自自激激振
9、振动动类类故故障障R:转动频率转子不平衡故障的诊断转子不平衡故障的诊断 n波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。n1X频率为主。n轴向振动不大。n振幅随转速升高而增大。n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)轴向很小轴向很小转子不对中故障的诊断转子不对中故障的诊断 n出现2X频率成分。n轴心轨迹成香蕉形或8字形。n振动有方向性。n轴向振动一般较大。n本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率转子不对中的类型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
10、,0综合不对中 e 0,0转子系统松动故障的诊断转子系统松动故障的诊断 n波形出现许多毛刺。n谱图中噪声水平高。n出现精确2X，3X等成分，最高可达16X。n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最高可出现16X成分噪声水平高松动故障引起的间入谐量松动故障引起的间入谐量n未松未松动时的的频谱n松松动时的的频谱 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n 轴的转速滚动轴承故障的特征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滚动轴承故障的诊断滚动轴承故障的诊断 n轴
11、承每一种零件有其特殊的故障频率。n随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波；谐波两边产生边频。n还可用非频率域的诊断方法，如共振解调。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带滑动轴承的机械的频谱特点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0 2 4 6 8 10 12 14FREQUENCY IN ORDER带滚动轴承的机械的频谱特点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齿轮故障的诊断齿轮故障的诊断 n齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。n齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。n随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，
12、幅值增加。n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趋势分析法趋势分析法n监视机器的劣化过程n预测机器的失效时间通频值趋势分析通频值趋势分析 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制定报警值和危险值的方法：制定报警值和危险值的方法：根据各种标准，ISO GB API等 以机器正常状态的振动值，乘一倍数，如X4、X10等。通频值趋势分析通频值趋势分析报警值报警值报警值报警值危险值危险值危险值危险值停机日期停机日期停机日期停机日期报警日期报警日期报警日期报警日期频谱趋势分析频谱趋势分析报警线报警线报警线报警线危险线危险线危险线危险线警告线警告线警告线警告线滑动轴承机械的报警参考值滑动轴承机械的报警参考值滚动轴承机械的报警参考值滚动轴承机械的报警参考值