机械故障诊断1

1机械故障诊断技术（2）,裴峻峰主编,石油大学出版社,2010.09,TH17/34设备现场诊断的开展方法，(日)丰田利夫，高克勋译，机械工业出版社，1985.10，TH17/07机械设备故障诊断技术，丁玉兰，石来德著上海科学技术文献出版社，1994.07，TH17/33机械故障诊断学（2），钟秉林,黄仁主编，机械工业出版社，2003.6，TH17/37机械设备故障诊断技术及应用，王江萍主编西北工业大学出版社，2011.08，TH17/48机械故障的全息诊断原理，屈梁生著，科学出版社，2007.7TH17/52机械设备故障诊断技术及方法，张来斌等编著，石油工业出版社，2000.07，TH17/41信号与系统分析基础，姜建国等编著,清华大学出版社，1994.02，TN911.6/06/中国石油大学（华东）机电工程学院机电工程系齐明侠[e-mail]2机械故障诊断技术中国石油大学（华东）3第一章绪论第一节机械故障诊断的意义机械设备故障诊断技术应用信号分析和故障诊断理论，利用现代科学技术和仪器，根据机械设备（系统、结构)外部信息参数的变化来判别机器内部（系统)的工作状况或机械结构的损伤状态，确定故障的性质、程度、类别和部位，并研究故障产生的机理。4机械设备故障诊断技术（MechanicalFaultDiagnosis）是利用测取机械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，来定量识别机械设备及其零件、部件的实时技术状态，并预测异常故障的未来的技术状态，从而确定必要的对策的一种技术。5机械故障诊断技术有下列的功能：⑴及时而正确地对各类运行中的机械设备的种种异常或故障做出诊断，以便确定最佳维修决策；⑵保证各类机械设备无故障、安全可靠地运行，以便发挥其最大的设计能力和使用有效性；⑶为下一代机械设备的优化设计、正确制造提供反馈信息和理论依据，以保证设计、制造出更符合要求的新一代产品。6机械故障诊断技术是近年来国内外发展较快的一门新兴交叉学科，包含内容广泛，诸如机械状态量（力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量等）的监测，状态特征参数变化的辨识，机械产生振动和损伤时的原因分析、振源判断、故障防治，机械零部件使用期间的可靠性分析和剩余寿命的估计等。7一、机械故障的定义和分类机械故障（F）：机械设备（系统、结构）在它应达到的功能上，降低或丧失了工作效能的现象和程度，即在功能上达不到技术要求，丧失或部分丧失了它所要求的规定性能或状态。设备的可靠性（R）：设备在规定时间内、规定条件下够实现其规定功能的状态。R+F=181．按故障的性质分类（l）间断性故障在较短时间内，设备丧失某种功能，以后又恢复了功能。（2）永久性故障故障造成的设备功能丧失必须到某些零件更换或修复后才能恢复。92．按故障发生的快慢程度分类（1）突发性故障不能靠早期试验或测试来预测的故障。（2）渐发性故障能通过早期试验或测试来预测的故障。103．按故障的严重程度进行分类（1）破坏性故障故障发生将立即导致机械设备全面丧失工作能力。——突发性+完全性（2）渐发失效性故障故障是逐渐发生的，将逐步降低机械设备的功能或使部分功能丧失。——部分性+渐发性114．按故障产生的原因进行分类（1）磨损性故障机械设备正常工作磨损引起的故障，这实际反映了机械设备的寿命。（2）错用性故障机械设备运行中操作使用不当或意外情况引起某些零件应力超过设计允许值而产生的故障。（3）固有的薄弱性故障机械设备工作中的应力没超过设计规定值，但由于设计和制造不恰当造成设备中存在某些薄弱环节而形成的故障。125．按故障的后果进行分类（1）功能性故障机械设备本身产生的故障，仅影响设备的使用。如停船，建筑物裂缝——失效。（2）灾难性故障机械设备本身产生的故障，能引起灾难性后果。如沉船，建筑物倒塌——破坏。13二、机械故障诊断技术的分类机械故障诊断技术包括对机械零件或结构的诊断技术、机械设备的诊断技术和机械系统的诊断技术。1．功能诊断和运行诊断功能诊断——对新安装或维修好的机械设备等需要诊断其功能是否正常，并根据检查或诊断结果对其进行必要的调整运行诊断——对正在服役的机械设备或系统等进行运行状态的诊断，监视其故障的发生或发展。142．定期诊断和连续监控诊断定期诊断——对机械设备进行定期常规检查和诊断，亦称巡检连续监控诊断——采用现代化仪表和计算机信号处理系统对机器或系统的运行状态进行连续监视和控制。3．直接诊断和间接诊断直接诊断——直接根据机器关键零部件的信息（一次信息）确定这些零部件的状态。间接诊断——通过二次信息间接地判别关键零部件的状态变化（由于受到机器结构和运行条件的限制无法进行直接诊断时）。154．常规诊断和特殊诊断常规诊断——在机器正常运行，即常规工况下进行的诊断特殊诊断——借助于机器特殊工况，如机组的起动和停车过程进行的诊断5．简易诊断和精密诊断简易诊断相当于初诊，一般由现场作业人员进行，能对机械设备的状态迅速有效地作出概括性的评价；对简易诊断不能完全确定的故障要进行专门的精确诊断，一般由精密诊断的专家来实施。16三、机械故障诊断的意义1．故障诊断技术的发展背景故障是人类的大敌(1)故障影响生产故障使得生产停顿故障对连续化生产影响更大——炼钢、玻璃、化工、发电……(2)故障造成损失1992.3.22中“长二捆”发射“澳星”1990.4.24美“哈勃”太空望远镜1996.8.09美“NOAA-13”气象卫星17(3)故障引起灾难1979.3.28美三里岛核电站放射性物质泄漏。1984.12.3印度博帕尔的美国联合碳化物公司45吨剧毒液体异氰甲酯在三四小时内全部漏掉，20万人受害，1500多人当场死亡。1986.4.26.1:40苏切尔诺贝利核电站的4号机组反应堆爆炸，31人死亡，237人受放射性物质严重伤害，13.5万人撤离，损失20亿卢布。1986.1.28.11:39:12美“挑战者”号升空72秒后爆炸，7名宇航员遇难，经济损失12亿美元。2003.2.1.9:00美“哥伦比亚”号在降落时间16分钟前与地面失去联络，继而在得克萨斯州中部上空解体，7名宇航员无一生还。182．现代故障诊断技术是机械设备维修制度改革的基础机械设备的维修制度的三个阶段事后维修（Breakdownmaintenance）预防维修（Preventivemainte－nance）——定期维修预知性维修（Conditionmaintenanceorpredictivemaintenace）19预知性维修——根据在线监测和诊断装置所预报的设备故障状态，判断设备的劣化程度。发展趋势，确定机械设备的维修时间和内容。预知性维修以机械故障诊断技术为基础，诊断机械设备的实际情况，减少设备的过剩维修，设备的利用率得以显著提高，经济效益显著。日立某车间事故发生率降低了80％日采用设备诊断技术——设备维修费减少25％～50％故障停机时间降低75％203．故障诊断技术的其它重要作用（l）诊断设备状态，保证设备安全运行，合理安排生产，消除故障隐患，预防恶性事故——提高生产率，降低成本（2）检验产品性能——改进工艺过程，提高产品质量（3）确诊工程结构损伤程度——防止重大恶性事故，保证安全21四、故障诊断技术的发展及应用概况60年代中后期发展美、日英国、瑞典、挪威丹麦（B&K振动）航天、航空、核工业、军事钢铁、化工、铁路、电力、交通石油采油机械、泵，柴油机22第二节机械故障诊断的基本方法一、机械故障诊断过程1.机械设备故障诊断技术功能：（l）不拆卸机械设备，定量检测和评价设备各部分的运动和受力状态，缺陷和磨损状态，性能的劣化和故障状态；（2）确定设备的故障性质、部位、程度和发展趋势，预测设备的可靠性程度；（3）确定设备发生异常时的修复方法。232.机械设备故障诊断的几个环节：（l）状态信号采集——机械设备状态参数的监测（2）信号分析处理——进行信号处理，提取故障的特征信息（3）技术状态识别——确定故障的类型及发生部位（4）维修决策形成——对所确定的故障作防治处理或控制2425二、机械故障信息的获取方法1．直接观察法古老而简单定性——听、看、触、嗅……经验+简单工具手锤、螺丝刀、涂料、温度计……262．参数测定法根据机械设备运行时各种参数的变化来获取诊断信息——应用广泛基本的定量测量方法——振动、噪声、温度、压力、变形、阻值、磁场……测量手段——仪表、传感器机器运行时的振动和噪声是重要的诊断信息来源，它直接反映了机器的运行状态。273．磨损残余物分析法测定机器零部件磨损残余物在润滑油中的含量——确定磨损状态油样分析——光谱、铁谱4．机器整机性能测定测定机械设备性能特定参数和输入输出量——判别机器工作状态检测内容——输出功率、加工精度、性能曲线……285.关键零部件的性能测定测定对整机可靠性起关键作用的零部件——监测（在线测量）如：转子自振特性测定、轴承温度监测、轴的轴心轨迹和位置监测等29三、诊断信息的监测与分析技术1．机械振动监测与分析技术应用最为广泛的故障诊断技术——振动引起的机械损坏比率高（60％）——振动信号容易获取（测量方便）——振动信号信息丰富振动测试技术、信号分析技术、模式识别技术本课程的主要内容302．热红外监测与分析技术————监测温度(场)检测：缺陷、隐患（无损探伤）热源、热点（如电路过热处）热场分布、热场变化技术：红外探测热红外成像逐点扫描焦平面313．超声与声发射监测与分析技术超声监测——检测界面测厚，测距，检测裂纹、杂质、缺陷检测腐蚀程度、内部损伤或裂纹的产生、发展声发射技术——检测材料破、裂时的声音检测——损伤、裂纹的扩展，物质泄漏监测和诊断静设备的工作状态，发现输送管道、桥梁等构件焊接部位的缺陷、检测核电站放射性物质的泄漏等。324．润滑油的光谱、铁谱分析技术油样分析技术光谱——测定油样燃烧时金属的发光谱铁谱——测定油样中铁屑的大小及数量作用：检测油样中金属成份的含量———判断机器零部件的磨损程度335．噪声监测与分析技术振动是噪声的来源。噪声的监测与分析——寻找声源（振源），降噪（振）——用噪声信号判别机器的故障346．其他：判断机器内部故障状态的激光、光纤和视频成像技术分析工作介质成分变化的气相色谱技术检测金属内部缺陷的X光射线及其它无损检测技术………………………35四、信号处理技术目的：提取故障特征信息信号分析处理方法时域处理频域处理幅值域处理传递特性分析信号分析处理方法的实施模拟信号分析仪器数字信号分析仪器FFT分析电路计算机软件36五、故障诊断方法（模式识别）1．综合比较诊断法2．振动特性变化诊断法3．故障树分析法（FTA）4．模糊诊断法5．人工神经网络方法6．专家系统复杂系统灰色系统数据库系统分形方法…………37六、维修决策形成及设备维修安全性、重要性、经济性、可靠性监测维护检修大修更换