状态监测和故障诊断的仪器和方法.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,状态监测和故障诊断的仪器和方法,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第1页,本 章 内 容,频谱分析诊疗法,不一样故障特征频率,不平衡、不对中、松动、,轴承故障、齿轮故障等,趋势分析法,通频值趋势分析,频谱趋势分析,报警值和危险值确实定,状态监测和故障诊疗及其作用,设备维修制度发展和不一样维修制度比较,故障诊疗各种伎俩,振动监测仪器分类及其选取标准,离线仪器和在线系统,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第2页,在设备,运行,中或在,基础不拆卸,情况下，,经过各种伎俩，,掌握设备运行状态,，,判定产生,故障部位和原因,，,并预测、预报设备未来状态。,什么是状态监测和故障诊疗？,是预防事故和计划外停机有效伎俩。,是设备维修发展方向。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第3页,简易诊疗和精密诊疗,状态监测（简易诊疗）,内容：,识别有没有故障,明确故障严重程度,作出故障趋势分析,由设备维修人员在现场进行,故障诊疗（精密诊疗）,内容：,确定故障部位,确定故障原因,提出维修提议,由设备诊疗人员在现场或中心进行,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第4页,状态监测和故障诊疗过程,检测,缩小故障范围,状态判别,搜集征兆,定时检测,故障定位,原因分析,维修,决议,趋势分析,正常参数,开始,尚可,正常,不可,异常,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第5页,状态监测和故障诊疗作用,监测与保护,监测机器工作状态。发觉故障及时报警，并隔离故障。,分析与诊疗,判断故障性质、程度和部位。分析故障原因。,处理与预防,给出消除故障办法。预防发生同类故障。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第6页,设备维修制度发展,事后维修，故障维修,(,Break down),设备坏了后才去修理。,定时维修，预防维修,(,Preventive),定时地检验和大修。,预测维修，视情维修,(,Predictive),周期监测，必要时才去维修。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第7页,事后维修体制,设备运行到坏了再进行修理。,不需要安排计划。,对一些设备，更换比修理更廉价。,意外停机引发生产损失。,可能引发设备二次损坏，甚至灾难性事故。,库存备件投资多。,定义,优点,缺点,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第8页,定时维修体制,按预订时间间隔或检修周期，对设备作维修、调整和更换备件。,机器寿命较长。,降低意外停机。,备件库存较少。,意外停机引发生产损失。,过剩维修造成维修费用增加。,过剩维修引发人为维修故障。,定义,优点,缺点,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第9页,预测维修体制,有计划地对设备作检验和测试，以确定其健康状态，必要时才进行维修。,降低非计划停机损失。,维修时间间隔能够延长。,维修费用大为降低。,备件库存最小。,需要初始投资。,需学习和培训。,定义,优点,缺点,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第10页,不一样制度维修成本比较,大型钢铁企业,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第11页,维修费用化了多少？,美国1980年税收总额$7500亿，维修费为$2460亿,预计其中过剩维修费为$750亿。,我国1987年国营公交企业40万个，固定资产￥7000亿,维修费约为固定资产 35。,我国规模以上企业共有固定资产￥8800万亿，,维修费有多少？能节约多少？,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第12页,停产一天损失有多大？,300,MW,发电机组 损失电720万,kWh，,约,￥144万元,30万吨化肥装置 损失化肥1000,t,，,约￥150万元,三峡2号水轮机组700,MW,停机4小时,损失￥400万元,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第13页,先进维修制度作用,确保机器精度，提升产品质量,降低意外停车引发生产损失,预防事故，杜绝灾难性故障,降低维修时间和维修费用（人力和财力）,改进,环境，改进企业形象,投资取得最大和最久远回报,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第14页,国家相关条例摘录,逐步采取当代故障诊疗和状态监测技术，发展,以状态监测为基础预知维修体制,。,1983年国家经委国营公交设备管理试行条例,企业应该主动采取先进设备管理方法和维修技术，采取,以设备状态监测为基础设备维修方法,，不停提升设备管理和维修技术当代化水平,。,1987年国务院全民所用制公交设备管理条例,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第15页,监测和诊疗各种伎俩,振动：,适合用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。,温度（红外）：,适合用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。,声发射：,适合用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。,油液（铁谱）：,适合用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。,无损检测：,采取物理化学方法，用于关键零部件故障检测。,压力：,适合用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。,强度：,适合用于工程结构、起重机械、锻压机械等。,表面：,适合用于设备关键零部件表面检验和管道内孔检验等。,工况参数：,适合用于流程工业和生产线上主要设备等。,电气：,适合用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第16页,仪器分类,：,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,监测和诊疗仪器分类和选取,仪器选取标准,：,被监测对象在生产中地位,生产规模和产量,预计投资,设备管理人员水平和素质,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第17页,监测和诊疗仪器分类和选取,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第18页,测振表外形和原理框图,阻抗变换,前置放大,指示,选频网络,微积分,检波,主放大,电池,灵敏度,调整,传感器,输入,交流输出,直流输出,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第19页,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,管理步骤,传感器,数据采集器,计算机及外部设备,数据采集器外形和工作框图,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第20页,数据采集器工作流程,主 菜 单,趋势分析,显示和打印,调用存放数据,趋势分析和,谱趋势分析,巡检准备,输入组态信息,去除内存,出发巡检,校对时钟,数据处理,下载数据,数据比较,巡检报表,频谱分析,频谱图,轨迹图,显示和打印,轨迹分析,定巡检路线,新开巡检组,定设备和测点,定测量参数,更改测量参数,增减设备和测点,增减巡检组,组 态,打印,组态表,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第21页,经典表盘式监测系统,双通道振动表,推力瓦位和瓦温表,振动传感器在瓦盖上,水泵监测系统,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第22页,经典表盘式监测系统,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,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,离心压缩机,监测系统,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第23页,计算机化监测系统框图,最简单计算机化监测系统。,单一计算机完成数据采集、管理、数据分析、人机对话等功效。,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,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第24页,汽轮发电机组监测系统框图,下位机,分析处理,联网,显示存贮,人机对话,通讯,适调放大,适调放大,限幅整形,光电隔离,光电隔离,光电隔离,同时采样,采样,上位机,振动信号（快变）,温度、压力信号,（慢变）,键相信号,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第25页,故障诊疗教授系统框图,教授系统是一个故障诊疗专用程序。,用户能够把其中积累诊疗教授知识用于诊疗工作。,结果及解释,征兆事实库,知识获取,征兆获取,推理机,诊疗知识库,设备参数库,工作存贮器,人机对话,故障对策,传感器信号,领域教授,用 户,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第26页,精密诊疗方法,频谱分析法,趋势分析法,通频值趋势分析、频谱趋势分析,时域分析法,波形分析、相关函数分析,倒频谱分析法,模态分析法,随机减量法,其它数学方法,模式识别法,含糊诊疗法,故障树诊疗法,神经网络法,小波分析法,灰色系统法,分形几何法,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第27页,精密诊疗最常见方法,频谱分析法,每种故障有其对应特征频率。,据此确定机器故障性质和严重程度。,趋势分析法、频谱趋势分析法,依据劣化曲线，振动通频幅值(特征频率幅值)随故障发展而增大。,据此监视机器健康状态，并推测其寿命。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第28页,转动机械常见故障频率特征,强迫振动类故障,自激振动类故障,R,:,转动频率,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第29页,转子不平衡故障频谱,波形为简谐波，少毛刺。,轴心轨迹为圆或椭圆。,1,X,频率为主。,轴向振动不大。,振幅随转速升高而增大。,过临界转速有共振峰。,透平,风机,TO,TI,齿轮箱,1,X,频率(水平),1,X,频率(水平),1,X,频率(铅垂),1,X,频率(铅垂),轴向很小,轴向很小,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第30页,转子不平衡类型,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第31页,转子不对中故障频谱,出现 2,X,频率成份。,轴心轨迹成香蕉形或8字形。,轴向振动普通较大。,本例中，出现叶片经过频率。,电机,水泵,PO,PI,MO,MI,1,X,频率,2,X,频率,叶片通,过频率,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第32页,转子不对中类型,正确对中,e,=0,=0,平行不对中,e,0,=0,角度不对中,e,=0,0,综合不对中,e,0,0,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第33页,不一样联轴节情况,联轴节类型 不对中形式 振 动 特 征,刚性联轴节 平行不对中 有2,X,成份,角度不对中 轴向振动1,X,成份大,轴向振动大，有2,X,及高次谐波,齿式联轴节 径向振动可能有2,X、3X、4X,联轴节两侧振动相位常相反,膜片联轴节 有,n,X,成份,（,n,为螺钉数）,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第34页,转子系统松动故障频谱,波形出现许多毛刺。,谱图中噪声水平高,。,出现准确倍频2,X，3X,等成份,。,松动结合面两边，振幅有显著差异,。,电机,水泵,PO,PI,转速准确,倍频成份,本例中最高,出现16,X,成份,噪声水平高,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第35页,松动故障引发间入谐量,未松动时频谱,松动时频谱,出现0.5,X，1.5X，2.5X，3.5X.,等频率成份,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第36页,D,节圆直径,d,滚珠直径,接触角,z,滚珠数,R,轴转速频率,滚动轴承故障特征频率,d,D,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,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第37页,滚动轴承故障频谱,轴承每一个零件有其特殊故障频率。,伴随故障发展，它幅值增加，并有谐波；谐波两边产生边频。,还可用非频率域诊疗方法，如共振解调。,电机,离心泵,PI,PO,1,X,2X,频率,故障基础,频率6.71,X,基础频率,四个谐波,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第38页,带滚动轴承机械频谱特点,不平衡,不对中,松动,滚动轴承故障频率,0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50,R,Frequency in order,3.5,3.0,2.5,2.0,1.5,1.0,0.5,0,Velocity in mm/s pk,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第39页,带滑动轴承机械频谱特点,不对中,松动引发谐波,不平衡,油膜涡动、碰摩,0 2,4 6 8 10 12 14 16,Frequency in order,Displacement in,m pk to pk,12.5,10.0,7.5,5.0,2.5,0,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第40页,齿轮故障频谱,齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。,齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。,伴随齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加,。,可用倒频谱作深入分析,。,OU,BS,IS,OL,齿轮箱,上辊,下辊,输入轴,啮合频率,GMF,上边频,下边频,2X,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第41页,趋势分析法理论依据,监视机器劣化过程,预测机器失效时间,正常使用期,耗损期,磨合期,故障率,时间,“浴盆曲线”,停机日期,报警日期,故障征兆,时间,劣化曲线,报警值,危险值,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第42页,趋势分析法,通频值趋势分析,简单易行,不易发觉早期故障,频谱趋势分析,能早期发觉齿轮、轴承等早期故障,能较快判定故障部位,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第43页,通频值趋势分析,报警值,危险值,停机日期,报警日期,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第44页,确定报警值和危险值方法,绝对法,依据对应国际标准、国家标准、行业标准等，,如：,ISO，GB，API,等。,相对法,以机器正常状态振动值作为基数，自己和自己比。,类比法,与同类机器振动值作比较。,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第45页,转机振动标准举例,(轴承振动),ISO2372，ISO3945,振动烈度：,振动速度有效值,测量频率范围 101000,Hz,I,级：小型机械,例15,kW,以下电机,II,级：中型机械,例1575,kW,以下电机,和300,kW,以下机械,III,级：大型机械，刚性基础,6001,r/min,IV,级：大型机械，柔性基础,6001,r/min,0.28,0.45,0.71,1.12,1.8,2.8,4.5,7.1,11.2,18,28,45,A,优,，,B,良，,C,可,，,D,不可,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第46页,(轴振动),转机振动标准举例,VDI,德国工程师协会,IEC,国际电工协会,API,美国石油协会,NEMA,MITI/JEAC,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第47页,相对法确定振动限值,1 2 3 4 5 6 7 8,滚动轴承,齿 轮,旋转机械,滑动轴承,(23),(46),报警值,危险值,正常值,正常值,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第48页,类比法确定振动限值,C,B,A,D,C,泵,振动超出同类诸泵,振动一倍，,C,泵应定为有故障,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第49页,频谱趋势分析,报警线,危险线,6.0,5.25,4.5,3.75,3.0,2.25,1.5,0.75,0,Velocity in mm/s rms,0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50,R,Frequency in order,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第50页,滚动轴承机械,报警参考值,0 5 10 15 20 25 30 35 40,R,8 6 4 2 0,mm/s pk,状态监测和故障诊断的仪器和方法,第51页,