设备故障诊断技术

设备故障诊断技术基础设备故障诊断技术的含义在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握设备的运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测预报未来状态的技术。———是防止事故的有效措施，也是设备维修的重要依据。应用设备故障诊断技术的目的：采用设备故障诊断技术，至少可以达到以下目的：⑴保证设备安全，防止突发事故；⑵保证设备精度，提高产品质量；⑶实施状态维修，节约维修费用；⑷避免设备事故造成的环境污染；⑸提高企业设备的现代化管理水平，给企业带来较大的经济效益和良好的社会效益。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料设备诊断技术的工作原理分类比较继续监测预测预报设备信号状态待检设备故障特征信号发展趋势故障情况状态确认图1-1设备诊断技术的基本原理及工作程序图状态信息库建档技术故障档案库（基准模式）状态识别特征提取信号检测(初始模式)(待检模式)(状态模式)正常异常Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料一些必要的概念和解释⑴信号检测按照不同诊断目的和对象，选择最便于诊断的状态信号，使用传感器、数据采集器等技术手段，加以监测与采集。由此建立起来的是状态信号的数据库，属于初始模式。⑵特征提取将初始模式的状态信号通过信号处理，进行放大或压缩、形式变换、去除噪声干扰，以提取故障特征，形成待检模式。⑶状态识别根据理论分析结合故障案例，并采用数据库技术所建立起来的故障档案库为基准模式。把待检模式与基准模式进行比较和分类，即可区别设备的正常与异常。⑷预报决策经过判别，对属于正常状态的可继续监视，重复以上程序；对属于异常状态的，则要查明故障情况，做出趋势分析，估计今后发展和可继续运行的时间，以及根据问题所在提出控制措施和维修决策。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料诊断技术的分类点检简易诊断技术（CST）⑴点检技术（CCT）⑵监视技术（CMT）精密诊断技术（PDT）⑴判定技术（CIT）⑵预测技术（CPT）诊断整修图1-2设备诊断技术的基本构成CST：ConditionSurveyTechCCT：ConditionCheckingTechCMT：ConditionMonitoringTechPDT：PreciseDiagnosisTechCIT：ConditionIdentificationTechCPT：ConditionPrognosisTechExpert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料振动诊断的基本知识振动是物体运动的一种形式，通常是指物体经过其平衡位置而往复变化的过程。振动有时对人类是有害的，但有时人们可以利用振动来为我们服务。只要是运转的机器，都或多或少地发生振动，因此，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%-70%。按振动频率分类Expert机械振动低频振动：f10Hz中频振动：f=10-1000Hz高频振动：f1000Hz郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料振动的一般分类Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料振动三要素及其在振动诊断中的应用构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅,频率和相位。振幅式中D—最大振幅，2D即所谓峰峰值、双峰值或简称双幅。t—时间;T—周期；—处相位。当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别说明一个与振动有关的量就是速度有效值，也常被称为速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。目前许多振动标准都是采用作为判别参数，因为它最能够反映振动的烈度。dfdtTDd2sinrmsVrmsVExpert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料振动三要素及其在振动诊断中的应用（续）对于简谐振动来讲，速度的最大值（峰值）与速度有效值、速度平均值之间的关系如图2-4所示。可见速度有效值介于幅值和平均值之间的一个参数值。可表示为幅值反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示的。频率相位pVrmsVavVpparrmsVVVV707.02222fExpert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料振动信号处理所谓振动信号处理，就是对振动波形进行加工处理，抽取与设备运行状态有关的特征，以便对设备状态实施有效的判别。信号处理的基本方法有：时域分析，幅域分析，频域分析和相域分析。时域分析------就是对信号在时间域内的分析或变换；幅域分析------就是对信号在幅值上进行各种分析；频域分析------就是要确定信号的频率结构，即弄清楚信号中都包含有哪些频率成分及各频率成分的幅值大小；相域分析------就是进行相位值测量及对相位随时间的变化进行分析。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料时域分析又包含有：波形图，自相关，互相关，轴心轨迹等。Expert自相关和互相关图波形图郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料幅域分析又包含有：概率密度，均值，均方根值，方差等。概率密度函数的表达式为ExpertTTxxxxtxxpxpxTxxlim1limlim00随机信号的概率密度函数的含义就是幅值x(t)落在某一个指定范围内的概率大小郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料频域分析又包含有：幅值谱,功率谱,倒频谱等。Expert幅值谱时域转频域的形象表示功率谱倒频谱郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料相域分析包含有：相位谱等Expert相位谱郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料另外，还有三维功率谱，细化谱等等三维功率谱又叫三维谱阵、转速谱图、功率谱场、瀑布图等。是机器在起动或停车过程中，不同转速下功率谱图的迭加。纵坐标为机器的转速，自零升到额定转速（起动）、或从额定转速降到零（停车）；横坐标为频率；竖坐标为振幅。三维功率谱是描述机器瞬态过程的有利工具。对机器振动做三维功率谱分析，可以了解机器通过临界转速的振动情况，用来确定监测对象的固有频率判定是否存在不平衡等故障。Expert三维功率谱郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料所谓细化谱，就是把一般频谱图上的某部分频段沿频率轴进行放大后所得到的频谱。采用细化谱分析的目的是为了提高图象的分辨率。从功能上看，细化谱的作用类似于机械制图中的“局部放大图”。Expert一般的频谱图其某频段的细化谱郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料现场测试诊断的实施步骤诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策验证等3个环节，具体分为6个步骤来介绍。一.了解被诊断的对象了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概括起来，对一台被列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：⒈设备的结构组成1）搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）和传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料2）必须查明各主要另部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上表明或另予说明。这些零件包括：轴承型式、滚动轴承型号、齿轮的齿数，叶轮的叶片数、带轮直径、联轴器型式等。2.机器的工作原理及运行特性主要了解以下内容：1）各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；2）机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；3）转子运行速度：低速(10Hz)、中速(10-1000Hz)还是高速(1000Hz)匀速还是变速等等。3.机器的工作条件1）载荷性质：均载还是冲击载荷；2）工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气体（液体）；3）周围环境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源，粉尘、热源等。4.设备基础型式及状况搞清楚是刚性基础还是弹性基础等等。5.主要资料档案资料Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料二.确定诊断方案在此基础上，接下来就要确定具体的诊断方案。诊断方案应包括以下几方面的内容。1.选择测点测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择测点，具体要求如下：1）对振动反映敏感所选测点在可能时要尽量靠近振源，避开或减少信号在传播通道上的界面、空腔或隔离物(如密封填料等)最好让信号成直线传播。这样可以减少信号在传播途的能量损失。2）适合于诊断目的上图中如要诊断电动机的故障，就选择①和②为测点。3）符合安全操作要求因为测量时，设备在运行，因此需要注意安全问题。4）适合于安置传感器有足够的空间，有良好的接触，测点部位有足够的刚度等。通常，轴承是监测振动最理想的部位，因为转子上的振动载荷直接作用在轴承上，并通过轴承把机器和基础联接成一个整体，因此轴承部位的振动信号还反映了基础的状况。所以，在无特殊要求的情况下，轴承是首选测点。如果条件不允许，也应使测点尽量靠近轴承，以减小测点和轴承之间的机械阻抗。此外，设备的地脚、机壳、缸体、进出口管道、阀门、基础等，也是测振的常设测点。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料有些设备的振动特征有明显的方向性，不同方向的振动信号也往往包含着不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和轴线方向（A）。2.预估频率和振幅振动测量前，对所测振动信号的频率范围和幅值要做基本的预估，防止漏检某些可能存在的故障信号而造成误判或漏诊。通常可采取以下几种方法：1）根据经验，估计各类常见多发故障的振动特征频率和振幅。2）根据结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。3）广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的振幅大小。3.确定测量参数经验表明，根据诊断对象振动信号的频率特征来选择参数。通常的振动测量参数有加速度、速度和位移。一般按下列原则选用：低频振动（10Hz）采用位移；中频振动（10-1000Hz）采用速度；高频振动（1000Hz）采用位移。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度，因为它是反映振动强度的理想参数，国际上许多振动标准都采用速度有效值作为判断参数，而国内一些行业大多采用位移作为诊断参数。所以在选择测量参数时，还须与所采用的判断标准使用的参数相一致，否则判断状态时将无据可依。4.选择诊断仪器测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要的还要考虑两条：1）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内所有重要的频率成分，一般来说要在10-10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出现异常时，故障已经发生了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。2）要考虑仪器的动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动水平通常是随频率变化的。5.选择与安装传感器用于测量振动的传感器有三种类型，一般都是根据所测量的参数类型来选用：测量位移采用涡流式位移传感器，测量速度采用电动式速度传感器，测量加速度采用压电式加速度传感器。在现场主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。Expert郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料由于压电式加速度传感器的频响范围比较宽，所以现场测量时在没有特殊要求的情况下，常用它同时测量位移、速度和加速度三个参数，基本上能满足要求。压电式加速度传感器的安装形式有多种多样，安装形式不同，其适用的场合也一样。其中以采用钢制螺栓安装最为理想。在现场测量时，尤其是大范围的普查测试时，以采用永久磁性座安装最简便。另外还要说明的是，在测量转子振动时，有两种不同的测量方式，即测量绝对振动和相对振动。由转子交变力激起的轴承的振动称为绝对振动；在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为相对振动。压电式加速度传感器是用于