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1、机械故障诊断本讲稿第一页，共六十一页往复机械的种类往复机械的种类内燃机行走机械往复机械故障的特殊性往复机械故障的特殊性有旋转运动、往复运动、冲击振动随负荷、转速、路况变化振源及其复杂工作过程不稳定本讲稿第二页，共六十一页常用监测与诊断方法常用监测与诊断方法动力性能检测温度检测启动性能检测进排气系统检测振动检测瞬时转速检测油液污染分析本讲稿第三页，共六十一页基于振动分析的诊断方法基于振动分析的诊断方法振动分析诊断方法的难点转速和负荷对振动的影响传递函数的周期性对振动的影响各种冲击对振动的影响各种激励相互作用的影响本讲稿第四页，共六十一页内燃机转速波动信号的测量过程基于速度波动的内燃机故障诊断方法
2、基于速度波动的内燃机故障诊断方法本讲稿第五页，共六十一页本讲稿第六页，共六十一页软件计数法测得的转速波动信号(不做齿平均)本讲稿第七页，共六十一页软件计数法测得的转速波动信号(6个齿平均)本讲稿第八页，共六十一页油液分析技术油液分析技术，是通过对润滑油中所含金属磨粒的气相色谱、红外谱、光谱和铁谱等进行分析，获取机器的润滑和磨损的状态信息，用以评判机器的磨损状况、预报故障或者确定故障的部位、原因和类型等的一项技术。本讲稿第九页，共六十一页金属磨粒的检测与分析方法金属磨粒的检测与分析方法1、磁性碎屑探测法2、油液光谱分析法原子发射光谱分析法原子吸收光谱分析法3、油液铁谱分析法本讲稿第十页，共六十一
3、页本讲稿第十一页，共六十一页铁谱分析技术铁谱分析技术可对磨损颗粒的数量、尺寸及外貌进行分析可对磨损颗粒的数量、尺寸及外貌进行分析有分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、在线式铁有分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、在线式铁谱仪、旋转式铁谱仪谱仪、旋转式铁谱仪可对铁磁性材料的磨损状况进行分析可对铁磁性材料的磨损状况进行分析本讲稿第十二页，共六十一页铁谱技术的原理利用高梯度强磁场的作用将机器摩擦副内产生的磨粒从润滑油中进行分离，并按磨粒尺寸大小实现有序的沉积，然后借助各种检测仪器和手段，观察和测量分析这些磨粒的形貌、大小、数量、成分等，以获得磨损过程信息，从而对机器有关摩擦副的磨损状态和磨损机理进行分析的技术。本讲
4、稿第十三页，共六十一页分析式铁谱仪工作原理简图本讲稿第十四页，共六十一页铁谱片的尺寸及磨粒尺寸分布本讲稿第十五页，共六十一页 磨粒在磁场中的沉降机理磨粒在磁场中的沉降机理在铁谱仪磁场内，磨粒随着油样流经铁谱片而受磁场作用发生沉积过程中，同时要受到磁场力、重力、浮力和粘性阻力等力作用。其中磁场力F的影响最大。在外部磁场作用下，磨粒所磁场力的大小除与磨粒体积有关外，还与磁场强度和磁场梯度有关。本讲稿第十六页，共六十一页本讲稿第十七页，共六十一页本讲稿第十八页，共六十一页本讲稿第十九页，共六十一页油液光谱分析法本讲稿第二十页，共六十一页著名的本生灯发明于1853年，灯的温度可达2300C，且没有颜色
5、，正因为这一点人使他发现了各种化学物质的颜色反应。1859年，本生和物理学家基尔霍夫开始共同探索通过辨别焰色进行化学分析的方法。本讲稿第二十一页，共六十一页本讲稿第二十二页，共六十一页不同元素的物质，当受到火焰、电弧、电火花等方法不同元素的物质，当受到火焰、电弧、电火花等方法灼热气灼热气 化时，它能发生不同波长的光线。利用三棱镜化时，它能发生不同波长的光线。利用三棱镜光学系统，可以把它们分成按波长长短的次序排列的光学系统，可以把它们分成按波长长短的次序排列的线条，即光谱。运用这一基本原理就可以进行元素的线条，即光谱。运用这一基本原理就可以进行元素的原子光谱分析以确定机械润滑油中磨损微粒的成分和
6、原子光谱分析以确定机械润滑油中磨损微粒的成分和数量，进而判断机械磨损状况。数量，进而判断机械磨损状况。本讲稿第二十三页，共六十一页样品样品(1)(1)，激发装置，激发装置(2)(2)，摄谱仪，摄谱仪(3)(3)，光栅上，光栅上(4)(4)，狭缝，狭缝(5)(5)，光电倍增管，光电倍增管(6)(6)，数据处理路，数据处理路(7)(7)发射光谱分析法发射光谱分析法本讲稿第二十四页，共六十一页空心阴极灯空心阴极灯(1)(1)光强光强I oI o ，被测元素的，被测元素的 基态原子蒸气（基态原子蒸气（2)2)，单色器，单色器(3)(3)，光电倍增管光电倍增管(4)(4)，显示器或记录仪，显示器或记录仪
7、(5)(5)上显示出来。被上显示出来。被 测元素浓度测元素浓度C C越大，越大，光的吸收量越多，其透射量光的吸收量越多，其透射量I I越少，故越少，故C C，I oI o和和I I三者之间存在一定关三者之间存在一定关系，根据这种关系，并将已知被测系，根据这种关系，并将已知被测 元素浓度的标准溶液的相应光强值元素浓度的标准溶液的相应光强值作对比，就可以求出试样中被侧元素的含量。作对比，就可以求出试样中被侧元素的含量。原子吸收光谱法原子吸收光谱法 本讲稿第二十五页，共六十一页原子吸收光谱法优点原子吸收光谱法优点灵敏度高灵敏度高选择性高选择性高重现性好重现性好 测定元素范围广测定元素范围广操作简单操
8、作简单分析速度快分析速度快本讲稿第二十六页，共六十一页本讲稿第二十七页，共六十一页分析结果：铝元素浓度变化正常，铬元素浓度变化正常，锰元素浓度变化正常，铜元素浓度增长较快，铁元素浓度变化正常，铅元素浓度增长较快。处理意见：因铜元素、铅元素浓度增长较快，发动机发生异常磨损,故障可能发生的部位在轴瓦,对轴瓦进行检查。本讲稿第二十八页，共六十一页发现冷却系统的泄漏发现冷却系统的泄漏 发动机冷却系统的泄漏是一种常见的故障，由于水在较高温度下能够挥发，因此依靠检测油中水分是无法确定是否有冷却水泄漏的，光谱仪则是通过检测油中所含冷却水添加剂而判断泄漏的冷却水中的防冻剂常常有Na，B等元素，另外由于铬酸盐腐
9、蚀而造成泄漏的情况下则可检出铬。本讲稿第二十九页，共六十一页磁塞磁塞是一种最简单的收集磨损颗粒的方法，在润滑油油路中插入磁性塞头或直接在油箱中放置磁铁，用以吸附油中的磁性颗粒，隔一定的时间将磁铁取出，对其所附的磁性颗粒进行分析。本讲稿第三十页，共六十一页本讲稿第三十一页，共六十一页内燃机常见故障诊断内燃机常见故障诊断本讲稿第三十二页，共六十一页了解发动机各部件的功能与结构了解发动机各部件的功能与结构如：阀系如：阀系 阀系座：进气进口（方形，下侧端），进气出口（圆形，进气阀口）阀系座：进气进口（方形，下侧端），进气出口（圆形，进气阀口）排气进口（圆形，排气阀口），排气出口（圆形，上侧端）；排气进
10、口（圆形，排气阀口），排气出口（圆形，上侧端）；燃气进口（圆形，下侧端，进气进口下面），燃气进口在燃气进口（圆形，下侧端，进气进口下面），燃气进口在 进气进口管道内。燃气出口在燃气阀上，燃气阀装在阀系进气进口管道内。燃气出口在燃气阀上，燃气阀装在阀系 座的燃气阀座口中。座的燃气阀座口中。火花塞（左上侧）；火花塞（左上侧）；推杆口：燃气阀座口两侧。推杆口：燃气阀座口两侧。阀杆导套：进气阀口，排气阀口中心位置上端。阀杆导套：进气阀口，排气阀口中心位置上端。本讲稿第三十三页，共六十一页进排气阀：阀杆（进排气阀：阀杆（valve stem）导套导套(guide)，内外弹簧内外弹簧(spring)，弹簧
11、座弹簧座(retainer)，锁环锁环(collar);摇臂摇臂(rocker arm)：轴套轴套(bushing)，螺母螺母(nut)，圆头螺钉圆头螺钉(screw);摇臂架摇臂架(bracket)：螺栓螺栓(bolt)，挡环挡环(collar)，垫片垫片(shim)，套筒套筒(bushing sleeve)；推杆推杆(Pushing rod)：推杆凹端与摇臂圆头螺钉接触；推杆凸端与凸轮随动器的导阀推杆凹端与摇臂圆头螺钉接触；推杆凸端与凸轮随动器的导阀接触。接触。凸轮随动器凸轮随动器(cam follower)：支架支架(bracket)，导阀导阀(guide valve)，滚轮滚轮(rol
12、ler)，滚滚轮轴轮轴(pin-roller)，滚轮轴销滚轮轴销(pin-roll)；燃气阀调节燃气阀调节螺钉螺钉(screw)，紧固螺母紧固螺母(nut jam)，随动块随动块(follower)，滚轮滚轮(roller)，滚轮轴滚轮轴(pin dowel)，滚轮轴销滚轮轴销(pin-roll)；本讲稿第三十四页，共六十一页本讲稿第三十五页，共六十一页本讲稿第三十六页，共六十一页本讲稿第三十七页，共六十一页本讲稿第三十八页，共六十一页本讲稿第三十九页，共六十一页本讲稿第四十页，共六十一页1、热力参数判断法热力参数包括：转速、功率、油耗、温度、压力、烟气等(1)直接判断法凭简单仪表及经验判断内
13、燃机工作状态及故障，例如：看烟的颜色判断燃烧是否完全、有没有故障。(2)图谱分析通过仪器测出气缸内压力示功图、高压油管内压力波、进排气管内的压力波，找出可判断相关部件或系统工作状态的特征参数，然后将运行中的状态与之比较。本讲稿第四十一页，共六十一页2油路系统故障诊断方法(1)测量方法：测油路系统的信号可以用喷油压力或缸体振动信号a、喷油压力信号可用油管压力传感器，分：外卡式：安装方便，但性能不稳定。串接式：性能稳定、信号可靠，但安装麻烦。b、缸体表面振动信号一般用加速度传感器拾取。本讲稿第四十二页，共六十一页(2)测点选择：测点的选择必须遵循：a、测点能充分反映被测对象的工作信息，且信号稳定信
14、噪比高，对故障比较敏感；b、便于安装、测试，尽量不影响机器的正常运行，所以压力信号点选在被测缸高压油管的两端，振动信号的选择比较困难，可多测几个点，最后选择对振动最敏感的点。(3)采样频率选择喷油压力信号频率较低，振动信号频率高，所以这两种信号应采用不同的采样频率。本讲稿第四十三页，共六十一页3、机械故障的诊断方法内燃机的机械故障主要用振动信号分析法测量参数：振动加速度测点：选对振动敏感的点，一般选在缸盖或缸体侧面采样参数：a、采样频率，以高频采样较合适b、采样长度，48K分析方法：(1)时域分析法：a、时域平均b、时域指标、均方根值、峭度指标等(2)频域分析法：a、频谱分析，用于带能量分析效
15、果比较好b、倒谱分析本讲稿第四十四页，共六十一页缸套、活塞磨损、拉缸的监测与诊断i.拉缸的原因拉缸：气缸壁与活塞外圆表面上沿活塞移动方向出现的深浅不同的沟纹、拉毛、擦伤等，拉缸直接影响气缸的密封，造成漏气。产生的原因：间隙过小，破坏液体润滑，出现金属微粒凸点的直接接触。本讲稿第四十五页，共六十一页ii.利用缸体振动信号对磨损及拉缸故障的监测a、机身表面振动加速度总振级判别机身上安装若干个传感器，测正常工作间隙时各点的总振级作为参考振级，每隔一段时间测工作状态的振级，如果某点的总振级突然升高，则对应点的缸内可能有严重的拉伤。b、功率谱中频带功率比来判别本讲稿第四十六页，共六十一页连杆组件故障的诊
16、断连杆主要承受缸体内气缸压力和往复惯性力所产生的交变载荷，常见故障为：连杆衬套、轴瓦的磨损，螺栓松动断裂。(1)连杆衬套磨损的诊断a、时域中振动总振级的变换趋势看间隙的变化b、频域中用频带内的总能量判断随时间的增加，能量集中于某一频带内。本讲稿第四十七页，共六十一页(2)连杆大头轴瓦与曲柄销间的间隙异常诊断a、从时域波形中看有否异常冲击b、频域中用选定频带内的总功率的变化来判断(3)连杆螺栓松动的诊断连杆螺栓松动的特征为振动响应的低频段发生变化，峰值数增加。本讲稿第四十八页，共六十一页往复压缩机常见故障诊断往复压缩机常见故障诊断本讲稿第四十九页，共六十一页了解压缩机各部件的功能与结构了解压缩机
17、各部件的功能与结构如：十字头如：十字头活塞杆活塞杆(piston rod)piston rod)，活塞杆锁紧螺母活塞杆锁紧螺母(lock nut)lock nut)，十字头本体十字头本体(crosshead body)crosshead body)，十字头销十字头销(pin)pin)，大护板大护板(plate retaining)plate retaining)，螺螺栓栓(bolt)bolt)，小护板小护板(washer)washer)，螺母螺母(nut)nut)本讲稿第五十页，共六十一页本讲稿第五十一页，共六十一页本讲稿第五十二页，共六十一页1、需监测的参数需监测的参数(1)压力-监测进、排
18、气，冷却水、油等工作状态(2)温度-监测进、排气，冷却水、油主要摩擦副的工作状态(3)流量-测瞬时值、累计值(4)主电机输入功率(5)泄漏-监测填料、气阀、活塞环等工作状态(6)振动-监测电机、气缸、曲轴箱、机组、轴承的状态本讲稿第五十三页，共六十一页2、振动监测振动监测(1)管道振动的诊断a、振源气柱振动系统机械振动系统b、压力脉动测量c、分析(2)机组振动监测主要测：主轴瓦、十字头、缸体、阀盖等振动加速度本讲稿第五十四页，共六十一页诊断系统本讲稿第五十五页，共六十一页诊断流程数据采集查看状态报告试验安排天然气压缩机组数据处理与分析分析报告（结论及维护建议）本讲稿第五十六页，共六十一页数据准
19、备数据导入参数配置数据校正几何参数曲轴转角余隙设置相位校正设置标准本讲稿第五十七页，共六十一页发动机基本信息包括名称、型号、位置、生产商、序列号以及数据采集日期数据采集信息包括冲程数、相位校正角、发动机缸排列类型、采集周期数各缸基本信息及计算参量包括缸号、冲程长度、连杆长度、平均有效压力、指示功率、峰值点火压力统计（包括平均值AVE、误差值DEV、最大值MAX、最小值MIN、偏差值DELTA）、PFP滞后角、点火提前角、燃烧室压力参考值，排气温度等发动机总功率信息包括辅助功率、各计算参量的合计及离散度注释信息包括各计算参量的计算方法说明结论及维护建议分析后的结论及据此提出的维护建议本讲稿第五十八页，共六十一页压缩机基本信息包括名称、型号、位置、生产商、序列号以及数据采集日期数据采集信息包括机械效率、校正角、采集周期、整机效率、冲程长度、大气压力、转速、压缩气的比重以及负载级数各缸基本信息及计算参量包括缸端号、压缩级、余隙百分比、缸径、活塞杆长度、连杆长度、吸气压力、排气压力、吸气温度、排气温度、压缩比、计算容积、指示功率、吸气阀损失功率、排气阀损失功率、流量平衡、排气温度偏差、活塞杆负载、吸气容积效率、排气容积效率本讲稿第五十九页，共六十一页烧损的主轴颈上瓦片本讲稿第六十页，共六十一页本讲稿第六十一页，共六十一页