1第一章、设备监测诊断技术概述

状态监测是指通过一定的途径了解和掌握设备的运行状态，包括利用监测与分析仪器，在线或离线的，采用各种检测、监视、分析和判别方法，对设备当前的运行状态做出评估，属于正常、还是异常，对异常状态及时做出报警，并为进一步进行的故障分析、性能评估等提供信息和数据。故障诊断则是根据状态监测所获得的信息，结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史状况，对可能发生的故障进行分析、预报，对已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，对维护设备的正常运行和合理检修提供正确的技术支持。设备诊断技术的产生检测技术信号处理技术模式识别技术预测技术技术基础：对故障机理的研究计算机技术的应用控制和校正技术3项主要技术：信号检测特征提取状态识别预报决策无损检测表面状态压力振动油液温度声学电气参数工况指标强度序号物理特征检测目标适用范围1振动稳态振动、瞬态振动模态参数等旋转机械、往复机械、流体机械、转轴、轴承、齿轮等2温度温度、温差、温度场及热图像等热工设备、工业炉窑、电动机、电器、电子设备等3油液油品的理化性能，磨粒的铁谱分析及油液的光谱分析设备润滑系统、有摩擦副的传动系统、电力变压器等4声学噪声、声阻、超声波、声发射等压力容器及管道、流体机械、工业阀门、断路开关等5强度载荷、扭矩、应力、应变等起重运输设备、锻压设备、各种工程结构等6压力压力、压差、压力联动等液压系统，流体机械、内燃机、液力耦合器等7电气参数电流、电压、电阻、功率、电磁特性、绝缘性能等电动机、电器、输变电设备、微电子设备、电工仪表等8表面状态裂纹、变形、点蚀、剥落、腐蚀、变色等设备及零件的表面损伤、交换器及管道内孔的照像检查等9无损检测射线、超声、磁粉场、渗透、涡流擦伤指标等压延、铸锻件及焊缝缺陷检查、表面镀层及管壁厚度测定等10工况指标设备运行中的工况和各项主要性能指标等流程工业或生产线上的主要生产设备等设备诊断技术的实施一般可分为两个层次，即离线诊断和在线诊断。工厂的设备故障大多数可以通过离线诊断予以确定，因此它是诊断工作的基础。•状态监测与故障诊断是诊断技术的两个组成部分，有联系但又不相同。状态监测主要是对设备的技术状态进行初步识别，故障诊断则是对该状态的进一步分析识别和判断。•使用各种较简单、易于携带和便于在现场使用的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需要把采集的故障信号储存建档使用各种比较复杂的诊断分析仪器或专用诊断设备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涉及的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合进行深入的信号处理，以及根据需要预测设备寿命现代离线巡检检测设备的发展，已经能使企业的设备完全处于受控状态。多种功能集合在一起，完成设备的电子巡检、状态检测、数据回收、分析诊断、预警、报表等，现场开展方法如下：1、定机组把停机损失和维修费用大的设备选定为对象，并根据人力情况，确定一定数量的可控设备。2、定参数结合拟用诊断方法，把最能表征设备技术状态和故障发展趋势的参量，选定为参数，主要是工艺量参数及振动参数。3、定测点把能对设备技术状态作出全面反映，以及距敏感点路径最短和便于测量的点列为选定测点。4、定周期根据不同设备和测点及其劣化情况，选择定期、随机和长期监测，并根据故障频度确定监测周期。5、定路径在使用简易诊断仪器或数据采集器进行巡检时，为提高工作效率，需要事先选定工作路径和建档方法。6、定标准根据对象设备和有关标准，分别选定绝对、相对和类比判断标准。7、定仪器根据所定参数，选择可靠性好并便于使用的仪器。8、定人员为有利于积累经验和便于比较，以及能和所管设备的实际状态相结合，一般应固定检测人员，或实行区域承包制。存储多期运行数据形成历史趋势数据，可进行对比分析诊断故障。可作为机械设备状态监测与故障诊断的信息是多种多样的，主要有：振动、声音、变形、应力、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力、流量、电流、转速、扭矩、功率、等等•振动分析法是对设备所产生的机械振动（对大机组来说，主要是是转子相对于轴承的振动）进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图谱所进行的故障分析。•振动分析法是大机组状态监测与故障诊断所使用的主要方法•第一，由于在大机组的所有故障中，发生振动故障的概率最高；•第二，振动信号所函括的设备状态的信息量最大，它既包含了机械零部件自身运行状态的信息，又包含了工艺及运行参数影响机组运行状态的信息•第三，振动信号易于拾取，便于在不影响机组运行的情况下实行在线监测和诊断。•油液分析法是对润滑油本身以及油中微小颗粒所进行的理化分析，也是大型旋转机械状态检测与故障诊断中的一个重要方法。•油液分析法分为两大类：•一类是润滑油油液本身的常规理化分析，•另一类是对油中所含有的微小颗粒所进行的铁谱分析、光谱分析、颗粒计数等。•通过对润滑油油液的粘度、闪点、酸值、破乳化度、水分、机械杂质、液相锈蚀试验、抗氧化安全性等各项主要性能指标的检验分析，可以准确地掌握润滑油本身的性能信息，也可以大概地了解到机组轴承、密封的工作状况。在某些非正常的工况下，旋转机械的转子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移，严重时会引起推力轴承磨损，进而发生转子端面与隔板或缸体摩擦碰撞汽轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生轴向动静摩擦。尽管转子轴位移故障的概率不是很高，但也常有发生，一旦发生往往是灾难性的。对轴位移进行在线监测和故障诊断很有必要。此外，轴位移监测技术还被用于往复式机械，通过监测活塞杆的横向位移，来诊断活塞支承环或活塞环的磨损量，从而避免发生拉缸故障以及打气量不足。对于滑动轴承，检修或运行不当都会造成轴承工作不良，从而引起轴承回油温度及瓦块温度升高，严重时会造成烧瓦，因此对轴承回油温度、瓦块温度进行监测非常必要。API（美国石油协会标准）规定，轴承进出口润滑油的正常温升应小于28℃，轴承出口处的最高油温应小于76(原为82)℃。另外，用铂电阻在距轴承合金1mm处测量瓦块温度时，一般不应超过110～115℃。由于具体测量的方法、位置等各不相同，温度反映往往滞后，因此应具体情况具体分析。对转动设备的状态监测与故障诊断，此外还有噪声分析法、热红外分析法、应力分析法等，以及观察设备内部情况的激光、光纤和设备成像技术，分析介质成分的气相色谱技术，检验金属内部缺陷的X光射线、超声波探伤技术等。在进行转动设备实际状态监测与故障诊断时，往往是以振动分析法为主、相应配合以上一些方法连同工艺及运行参数的监测与分析一起进行综合分析的。运行参数的监测与分析一起进行综合分析的。状态监测与故障诊断的效果③通过对设备异常运行状态的分析，揭示故障的原因、程度、部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；②一旦发生故障，能自动纪录下故障过程的完整信息，以便事后进行故障原因分析，避免再次发生同类事故④可充分地了解设备性能，为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。①及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免、减缓、减少重大事故的发生离线的FFT分析仪阶段状态监测与故障诊断技术自身的发展过程，大致可归纳为以下三个阶段上世纪八十年代初、中期，通过磁带记录仪到现场记录振动信号，然后回实验室输入FFT（快速傅里叶变换）分析仪回放，进行频谱分析，只有功率谱（幅值谱）及波形，少数配置双通道时才能看到轴心轨迹，分析方法单一，基本上只能查幅值、频率。离线或在线的计算机辅助监测、诊断阶段上世纪八十年代末期至九十年代中期，通过计算机完成信息采集、信号分析、数据库管理、甚至给出诊断结论，有各种图谱，分析方法多样，更加注重幅值、频率、相位信息的全面、综合利用，还涌现出专家辅助诊断系统。网络化监测、诊断阶段上世纪九十年代末以来，充分利用企业内部局域网和Internet网络，做到资源共享、节省投资、远程诊断，所监测的参数不再局限于振动、轴位移、转速，进一步扩展到流量、压力、温度等工艺过程量，对设备运行状态的把握更加全面、准确，实现了真正意义上的专家远程诊断现今在对设备当前运行状态的监测以及故障原因的诊断方面，可以说国内外状态监测与故障诊断产品（无论是在线的、还是离线的）的性能都达到了较为令人满意的水平。然而，用户现场人员最关心的是设备当前故障的严重程度如何、今后的发展趋势怎样、还能否继续运行下去、还能运行多久等问题，恰恰在对故障程度的评估上以及故障趋势的预报上，各家产品都显得欠缺。因此状态预报是目前监测诊断技术中较为薄弱的环节。