设备安装与维护第六章.ppt

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第六章机械设备状态监测与故障诊断,第一节概述,一、设备维修制度1、传统维修制度设备的维修费用在急剧增加，如美、日两国企业的年平均维修费分别占企业固定资产的4-8.5%和2.6-12%；在我国，这个比例则为12-25%。

面对当今世界激烈竞争的市场环境，如何有效地管理和使用先进的生产设备，减少设备非计划事故的维修费用，提高设备的可靠性与有效性，从而降低企业的产品成本，一直是国内外企业所面临的一个重大课题。

2、视情维修（预知维修）根据设备运行故障状态来确定设备维修时间、内容和方法。

以对设备的运行状态监测为基础，以对故障诊断和预测结果而采取维护决策必须对设备进行状态监测与故障诊断。

设备故障诊断技术（FaultDiagnosis）是利用测取设备在运行中或相对静态条件下的状态信息，通过对所测信号的处理和分析，并结合诊断对象的历史状况，来定量识别设备及其零件、部件的实时技术状态，并预知有关异常、故障和预测其未来技术状态，从而确定必要对策的技术。

二、故障诊断技术分类1、按诊断对象的类别分类

（1）旋转机械诊断技术：

转子、风机、泵、透平机、汽轮发电机组

（2）往复机械诊断技术：

活塞曲柄连杆机构；（3）工程结构诊断技术：

金属结构、框架、桥梁、容器、建筑物、地桩等；（4）机械零件诊断技术：

转轴、轴承、齿轮、连接件等；（5）液压设备诊断；（6）电气设备诊断技术；（7）生产过程综合诊断技术：

机械加工过程、轧钢生产过程、发电厂生产过程,2、按所利用的状态信号的物理特征分类

（1）振动诊断法：

以平稳振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数为检测目标，进行特征分析、谱分析和时频域分析，也包括含有相位信息的全息谱诊断法和其他方法；

（2）强度诊断法：

以力、扭矩、应力、应变为检测目标，进行冷热强度变形、结构损伤容限分析与寿命估计；（3）温度诊断法：

以温度、温差、温度场、热现象为检测目标，进行温变量、温度场、红外热象识别与分析；（4）声学诊断法：

以噪声、声阻、超声、声发射为检测目标，进行声级、声强、声源、声场、声谱分析。

（5）电参数诊断法：

以功率、电信号及磁特性等为检测目标，进行物体运动、系统物理量状态、机械设备性能等分析；（6）光学诊断法：

以亮度、光谱和各种射线效应为监测目标，研究物质或溶液构成，分析构成成分量值，进行图形成象识别分析；（7）污染物诊断法：

以泄漏、残留物、气、液、固体的成分为检测目标，进行液气成分变化、气蚀油蚀、油质磨损分析。

特别是采用光谱、铁谱和电镜能谱对润滑油样中磨屑浓度、成分、粒度等进行检测分析；（8）性能趋势诊断法：

以设备各种主要性能指标为检测目标，研究和分析设备的运行状态、识别故障的发生与发展，提出早期预报与维修计划，估计设备的剩余寿命。

3、按诊断的目的、要求和条件的不同分类

（1）性能诊断和运行诊断性能诊断：

对新安装和刚维修后设备，诊断其性能是否正常，并按诊断结果进行调整。

运行诊断：

对工作中的设备进行状态监测及故障诊断。

（2）定期诊断和连续诊断定期诊断隔一定时间检查一次；连续诊断对工作中的设备连续监测控制。

（3）直接诊断和间接诊断直接诊断：

如轴承间隙、齿面磨损、叶片的裂纹、管道的壁厚等。

间接诊断：

通过二次效应（温度、振动、噪声等）来间接判断设备中关键部位的状态变化。

（4）常规诊断和特殊诊断常规诊断：

在正常工作状态下进行诊断。

特殊诊断：

在特殊工作状态下，包括失事诊断，例如利用“黑匣子”提供的信息判定飞机失事的原因。

三、故障诊断的基本内容与结构体系诊断过程的三阶段状态监测分析诊断治理预防,第二节润滑油样分析技术,一、概述通过分析混杂于润滑油中的磨屑的数量、成分、大小、形态等信息来判定机器零部件的磨损状态和机器的运行状态。

工作步骤：

采样、检测、诊断、预测、处理等五个步骤。

1、采样：

机器运转过程或在停车不久进行。

定时，定位采样，严防油样被外界污染。

2、检测：

观察油样中磨屑的粒度大小、表面形态，测定油样中磨屑的数量、成分、粒度分布。

3、诊断：

根据油样检测结果判断机器的磨损状态是否正常（磨屑的浓度和粒度），确定异常磨损的零部件以及磨损类型（磨屑的大小和表面形态）。

4、预测：

根据以前和目前的检测结果，预测今后磨损的发展趋势。

5、处理：

根据检测、诊断和预测结果，确定换油周期，清洗检修时间。

根据零部件的剩余寿命确定更换零部件的时间。

二、常用的分析方法1、光谱分析法（50）,三种油样分析方法的检测效率,1、光谱分析法适用范围：

磨屑粒度10优点：

灵敏度、准确性、稳定性好。

尤其适用于用有色金属制造的零部件的磨损分析，特别是多金属零部件。

缺点：

不能给出磨屑的形貌细节，设备价格昂贵。

常用方法：

原子发射光谱分析法。

原子吸收光谱分析法。

原子发射光谱分析法1激发光源2回转石墨盘3样品槽4入口缝隙5光栅6特性光谱7焦点曲线8出口缝隙9光电探测器10信号积分仪11信号处理仪12打印装置,原子发射光谱测定系统,工作原理：

不同物质的原子受激后所放出的光辐射具有与该元素对应的特征波长，通过对特征谱线强度的测定，判断某种元素是否存在及它的浓度。

原子发射光谱分析仪测试框图,原子吸收光谱分析法,原子吸收光谱分析系统1空心阴极灯；2火焰；3燃烧器；4喷雾器；5油样；6入口缝隙；7分光器；8出口缝隙；9光电探测器；10放大器；11读出装置,工作原理：

将润滑油中的磨屑热解原子化，根据原子蒸气对各种不同波长的单元素光源发出的特征辐射线吸收作用不同来确定磨屑中各元素的含量。

原子吸收光谱分析仪测试框图,2、铁谱分析法原理：

稀释后的油样流过一个强磁场，在磁场力作用下，不同大小的带磁性的磨屑所能通过的距离不同而形成按颗粒大小次序的沉淀，测定分析油样中磨屑沉淀的情况即可判断磨损程度。

优点：

能提供磨屑的数量、粒度、形态和成分等反映摩擦副磨损状态的信息，设备价格低廉。

缺点：

对非磁性磨屑不敏感。

适用范围：

10-50的带磁性磨屑。

常用铁谱分析仪：

分析式铁谱仪直读式铁谱仪在线式铁谱仪,分析式铁谱仪,55,铁谱分析工作原理,分析式铁谱仪分析框图,分析式铁谱仪中几种典型磨屑的状态1、正常滑动磨损的磨屑：

对于钢，厚度小于1，尺寸0.515；2、切屑形成的磨屑：

形如带状，长25100，宽25；3、滚动疲劳磨屑：

呈15的球状，间有厚12，大小为2050的片状碎片；4、滚动疲劳兼滑动疲劳磨屑：

形状不规则，宽厚比为4：

110：

1（齿轮节圆上的滑动剥落）；5、严重滑动磨损磨屑：

大颗粒，尺寸20以上，厚2以上，带有锐利直边。

3、磁塞检查法原理：

将磁塞置于润滑油管道内，悬浮于润滑油中的磨屑不断地被吸附于磁塞上，定期取下塞头，用肉眼或低倍率（1040）放大镜观察塞头上磨屑的大小、形状和数量，并与标准谱片对照，判定磨损状态。

注意事项：

磁塞应安装在润滑主管路上（最好是管路弯曲部位的外测），磨屑零部件与塞头之间的管路内不用油泵、过滤网及液压件的阻隔。

第三节振动监测与诊断技术,一、振动诊断基础1、研究振动的目的检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力，并为产品的改进设计提供依据；分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。

激励,机械系统,响应,2、研究振动分析,振动分析：

已知激励条件和系统的振动特性，欲求系统的响应；系统识别：

已知系统的激励条件和系统的响应，要确定系统的特性系统动态响应特性测试问题；环境预测：

已知系统的振动特性和系统的响应，欲确定系统的激励状态寻求振源的问题。

3、振动的分类,按振动的规律分,1、简易振动诊断技术的特点使用各种较简单、易于携带和便于在现场使用的振动诊断仪器及检测仪表；由设备维护检修人员在生产现场进行；仅对设备有无故障、严重程度及其发展趋势做出定性初判；涉及的技术知识和经验比较简单，易于学习和掌握；需要把采集的故障信号储存建档。

二、简易振动诊断技术,2、简易振动诊断应该达到的目的根据劣化趋势管理，早期发现异常。

依据趋势管理数据外推，预测故障发生时间。

依据自动切断等有效方法，保护设备安全。

依据检测分析，选定需作精密诊断的对象。

3、简易振动信号的幅值域分析,有效值=0.707峰值=1.11平均值峰值=1.414有效值=1.57平均值平均值=0.637峰值=0.90有效值峰峰值=2峰值,4、简易振动监测参数的测量监测参数的选取低频选位移、中频选速度、高频选加速度作为测量参数。

监测点的选定,敏感点-振动部位；关键点-离监测零件最近的部位；易损点-容易产生劣化现象的部位；,传感器的典型安装方式,注意事项：

（1）避免高温环境。

（2）低频振动两个方向；高频振动一个方向即可。

（3）减少中间环节。

（4）足够的刚度。

（5）监测点要固定不变。

监测周期的确定定期巡检随机点检长期连续监测,测振传感器振动加速度传感器050kHz，振动位移传感器010kHz振动速度传感器10Hz2kHz记录仪器电子示波器，光线示波器，磁带记录仪，X-Y记录仪，电平记录仪简易诊断仪器振动计一般只测一个物理量，读取一个有效值或峰值。

振动测量仪可测振动位移、速度和加速度三个物理量。

冲击振动测量仪测量振动高频成分的大小，常用于检测滚动轴承等的状态。

5、简易振动诊断的常用仪器设备,三、简易振动诊断的开展方法与实施,三个环节：

准备工作、诊断实施、决策与验证。

六个步骤：

（1）诊断对象的确定。

（2）诊断方案的确定。

（3）进行振动测量与信号分析。

（4）实施状态判别。

（5）做出诊断决策。

（6）检查验证。

诊断对象的确定有重点地选定用作监测对象的设备、应尽量多地覆盖设备种类。

一般是连续作业和流程作业中的设备；停机或存在故障会造成很大损失的设备；故障发生后，会造成环境污染的设备；维修费用高的设备，如发动机；没有备用机组的关键设备；价格昂贵的大型精密和成套设备；容易造成人身安全事故的设备；容易发生故障的设备。

诊断方案的确定

（1）选择测点

（2）预估频率和振幅（3）确定测量参数（4）选择诊断仪器（5）选择与安装传感器（6）做好其他相关事项的准备,进行振动测量与信号分析根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量；对于初次测量的信号，要进行信号重放和直观分析，检查测得的信号是否真实；测量数据一定要作详细记录；对所测得的参数值最好进行分类整理。

实施状态判别首先判断它是否正常，然后对存在异常的设备作进一步分析，指出故障的原因、部位和程度。

对那些不能用简易诊断解决的疑难故障，须动用精密诊断手段去加以确诊。

做出诊断决策通过测量分析、状态识别等几个程序，弄清了设备的实际状态，为处理决策创造了条件。

这时应当提出处理意见：

或是继续运行，或是停机修理。

对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。

检查验证诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，或者亲临现场察看，检查诊断结论与实际情况是否符合。

四、精密振动诊断技术1、精密诊断技术的特点1）使用各种比较复杂的诊断分析仪器或专用诊断设备；2）由具有一定经验的工程技术人员及专家在生产现场或诊断中心进行；3）需对设备故障的存在部位、发生原因及故障类型进行识别和定量评价；4）涉及的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合；5）进行深入的信号处理，以及根据需要预测设备寿命；6）对设备进行评价和分析后，应给出对应的维修建议。

2、机械振动信号的精密诊断分析方法幅域分析：

在幅值上的各种处理；时域分析：

研究信号在时间域内的变化或分布；频域分析：

确定信号的频域结构,1、数字信号处理,模拟信号,数字信号,采样,3、精密振动诊断技术过程,波形分析,信号时域分析（波形分析）的一个重要功能是根据信号的分类和各类信号的特点，确定信号的类型。

然后再根据信号类型选用可行的信号分析方法。

2、振动信号的时域分析,波形分析,不平衡的时域波形,不对中的时域波形,傅立叶变换与频谱分析图示,3、振动信号的频域分析,读谱图1）振动频谱中存在哪些频谱分量?

2）每条频谱分量的幅值多大?

3）这些频谱分量彼此之间存在什么关系?

4）如果存在明显高幅值的频谱分量，它准确的来源?

它与机器的零部件对应关系如何?

5）如果能测量相位，应该检查相位是否稳定?

各测点信号之间的相位关系如何?

五、精密振动诊断的常用仪器设备1、振动信号分析仪2、离线监测与巡检系统3、在线监测与保护系统4、网络化在线巡检系统5、高速在线监测与诊断系统6、故障诊断专家系统,