故障诊断概述

设备故障诊断概述朱扬美上海华阳检测仪器有限公司一设备故障诊断技术的概况1、设备故障诊断技术定义：1-1定义：是一种了解和掌握设备在运行过程的状态（设备基本不拆卸、不解体情况），采用一定的检测手段，根据数据和经验的积累确定其整体或局部是正常或异常，能早期发现故障及原因，并能预报故障发展趋势的技术。1-2什么是故障？指设备不能完成其所规定的功能。“故障”，是能够修复的。“失效”，是不能修复的。对于“失效”只能更换。2、信息通常包括三个基本环节a.数据采集：主要包括前端传感器对所需的各种物理量采集(转换成电信号)。b.信号调理（数据处理）：主要包括对模拟的连续信号和离散的数字信号进行处理A/D转换。把连续信号离散为数字信号叫采样，量化是将取样值x(tn)变为数字编码。采样定理：fs=2.56fm。c.状态识别、判断和预报：根据振动标准和频谱图及现场经验来判断设备故障原因或部位。3、设备状态监测与故障诊断的区别a、状态监测通常指通过测定设备的某个较为单一的特征参数（如振动、温度等）来检查其状态是正常或异常。它又称为简易诊断。b、故障诊断则不仅要检查设备是否正常，还要对设备故障的原因，部位以及严重程度进行深入分析，并做出判断，故它又称为精密诊断。仪器价格相对比较贵，便携式的数采，对人员素质要求比较高（懂计算机、频谱分析技术等），属正在发展中的技术。c、状态监测与故障诊断两者关系：简易诊断与设备点检制相结合，可以收到相得益彰的效果。精密诊断可以对设备异常作更进一步分析和判断找到故障源。目前华阳HY—106C、HY—108就有此基本功能，且操作简单、软件系统为中文版。3、设备诊断技术的发展a、国外：美国是最早开发设备诊断技术的国家。1967年美国宇航局，海军研究室联合召开了机械故障预防小组成立大会，。日本在70年代初，由设备工程师协会开始发展自己的TPM（全员生产维修）主要应用于冶金化工、铁路等部门而且发展很快。日本的新日铁不但有较高的设备诊断技术研究成果，而且还研制了专用诊断仪器作为商品出售。b、80年代初我国部分企业从初步认识到实践阶段，85年原国家经委委托中设协在上海石化总厂召开设备诊断技术应用推广会。交流经验和论著。c、行业概况，主要是一些流程工业如石化、冶金、电力、铁路等部门这方面工作有了较快的发展。二介绍企业设备点检、维修情况1、冶金行业开展设备点检、状态监测、故障诊断的工作概况。以现代化企业、设备、体制运作的维修方式。2、石化行业开展设备点检、状态监测、故障诊断工作概况，先进的维修方式--精确维修。三企业如何开展故障诊断工作1、特征：随着现代化设备技术的不断发展，如：大型化、高速化、连续化、计算机自动化等，而采用的维修制度还是比较落后的话，这样就会大大地阻碍企业生产的发展，对此，我们认为提高企业的设备管理与维修水平，来满足先进生产设备的发展是必然的趋势。2、维修体制发展情况：a、早期采用的是“事后维修方式”，但对于大型关键设备等用此方式维修，将会造成较大经济损失。b、中期采用的是“预防维修方式”，其优点：可以减少故障发生机会，缺点：维修过剩或维修不足。c、近期采用的是“状态维修方式”80年代~至今。以动态的设备管理方式来解决动态的设备问题（故障）。优点：克服维修不足或维修过剩，维修费用低，主要适用关键的生产设备或维修费用较高的设备。3、设备状态维修的区别：a、关键生产设备（A）指大型、高速、检修费用昂贵，在线、连续检测（投入费用较大）。b、重要生产设备（B）采用离线监测，配置简易或精密检测仪器，定期采集数据进行分析。c、一般生产设备（C）采用离线简易检测仪器，定一个标准来进行评判。四探讨现场振动检测的一些方法一、现场设备状态监测与故障诊断的目的通过振动检测仪器对现场设备的振动监测，经过数据管理，在积累振动数据和频谱图的基础上，参照相应的振动标准和设备正常状态下的频谱图，从而找到故障源。首先从振动总量上看其运行状态是正常或异常，然后再对异常信息作频谱分析，分析目的是想了解设备异常部位或产生原因。提高设备管理水平和长周期安全运行能力依据设备运行的“浴盆曲线”，找出拐点及设备状态变化趋势。（如早修理，过剩维修；如晚修理，不足维修）。二、振动测量基本特征参量的描述振动是指物体在平衡位置上作往复运动的现象。简谐振动，如一个单摆或一个弹簧质量系统。1、振幅：是指振动物体偏离静平衡位置的最大距离。工程上常称为振动峰值，一般用A表示其振动强度。2、频率：是指振动物体往复一次所需的时间T称为周期，单位（s）秒。而振动物体在一秒钟往复的次数称为频率。用f表示，单位：Hz。周期与频率关系互为倒数f=1/T。有时也用角频率ω来表示。ω=2π/T=2πf。3、初始相位角：是指某一振动频率成分的初始点偏离平衡位置的相位，一般用φ表示。相位分析在故障诊断技术中越来越受到人们重视。因不同振源都会有各自的相位，相同的相位可能会引起合拍共振，产生严重后果；如相位相反可能会引起抵消，起到减振作用。三、振幅的表示方法1、峰值：（单峰值、双峰值）表示波的最大位移。2、平均值：从数学关系上看对波形的绝对平均（一般不用它）只是对时间积分，没什么物理意义。3、有效值：均方根值、RMS。它是对幅值的最适当的度量。它既考虑了波形的时间历程又给出了与能量直接有关的量值，同时也代表了振动的破坏能力，通常称为“振动烈度”。常用于振动速度或加速度值。对于简谐振动来说，峰值A与其关系为：平均值=0.637A、有效值=0.707A。一些国际振动标准也常采用速度有效值来表示。确定信号（周期与非周期）和随机信号振动信号图形物理意义解释1、周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号2、准周期信号是周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍关系，其合成信号不满足周期条件3、非周期信号是不会重复出现的信号。例如，锤子的敲击力四、振动参数选择振动参数常用的有加速度、速度、位移，三者经积分转换。一般情况，对低频振动用位移（小于100Hz）；高频振动用加速度（大于1KHz）；中频振动用速度（10—1KHz）度量。机器内部损伤还未影响到机器实际工作能力前，高频分量就包含了缺损信息。当内部缺损发展较大时，才从低频信息上反映出来，因此、预测机器是否损坏，高频信息非常重要。单位：位移：um；速度：mm/s；加速度：m/s2或g，1g=9.8m/s2对简谐振动而言，d、v、a均为同频的简谐振动，若以振动位移d相位为参考基准，v超前d(π/20，a超前d(π)。五、设备测点布置1、测点应选择振动信号传递的通道上而且路线最短捷的位置，尽量减少中间界面（近轴端）。2、应选信号反应比较敏感部位做测点。如轴承座、机座，一般为典型测点。3、测点一旦选定，应做好定位标记。4、一般都要选定三个方向来评定振动，特别对低频振动，更要强调其方向性（高频振动对方向不敏感）；通常：H---平衡，V---松动，A---对中。5、对于大型机械设备，应比较全面规划布置测点，多参数测振，合理选用a、v、d。6、了解、掌握设备本身的技术状况，结构原理等历史资料，对分析、判断故障有参考价值。vHAV垂直A轴向H水平推荐布点顺序六、测试工况的选择设备运行有不同工况，轻载与重载、快速与慢速、高压与低压、启动与制动等。在不同的工况条件下机器的振动是不一样的，其振动测量结果也会不同。通常在给机器作定期状态监测与趋势分析时，我们一般选择机器的稳态工况，即机器在正常运行时的工况为振动测量工况。若要给机器作故障诊断，在现场条件许可下，我们一般选择能暴露机器故障的工况，作为振动测量工况，因为这时记录下来包含有故障信息的振动信号，对以后的频谱分析会有帮助。七、测试周期选择原则：测试周期应根据现场设备具体运行状况来具体确定。正确了解机器的运行状态，准确的预测预报机器的故障。测试周期无规定标准，因为即使是同类设备，在不同现场，由于使用条件的不同，其状况变化也会不一样。请注意：1、测试周期T必须与机器的运行状况同步，以设备运行寿命浴盆曲线可知：稳定时,T长些；劣化时,T短。2、必须对机器的劣化速度进行充分研究，根据tgα的变化，可以清晰反映机器劣化速度，从而调整相应测试周期。3、对于一般转速，劣化过程发展缓慢的设备，采用周期测试。八、频带的设置原则：应保证机器振动的所有特征频率信号都能记录下来，请注意二点：1必须通过计算，了解被测设备的特征频率，包括转频、倍频，以及发生故障时的特征频率、叶频、齿轮啮合频率、滚动轴承固有频率等。2合理选择传感器和检测仪器，注意它们的频响范围是否与被测机器特征频率相匹配。九、现场测试时应注意几点：1、应保证测点与机器不产生共振，同时仪器的传感器两端连接要可靠。2、传感器连接方式有刚性螺栓，双头螺栓连接，绝缘螺栓连接，粘接，磁吸座等。3、对运行状态下的机器，通常应在机器达到稳定运行条件下检测。4、应考虑有无背景振动等其它影响。5、应考虑有无电场或磁场影响，如有应对传感器予以屏蔽、接地、或重新布置测点。十、如何看振动波形及频谱一幅通过准确采集后得到的振动波形及频谱，才是有分析价值的，具体是：1、在了解设备技术参数和结构后，先进行频率计算，如，机器的工作频率、齿轮的啮合频率，风机、水泵的叶轮频率，滚动轴承的元件故障特征频率等，已备后用。2、解读：a、读频率，根据计算结果，找出谱图上相对应的机器设备转频、倍频、特征频率（如有误差，与分辨率有关）。b、看幅值，读上述这些单一频率幅值及整个测量频带范围内振动总量值，可列表对照。c、频谱图上的故障识别，定性定量分析，了解振动量上升的变化率及最大值是否接近允许值。不平衡不对中转子碰磨的时域，频域图形整个机械振动能量水平转子不平衡的典型频谱角度不对中的典型频谱平行度不对中的典型频谱转轴弯曲的典型频谱转子不对中故障的诊断轴承部件松动时的频谱滚动轴承故障频率阶次图轴承疲劳时的加速度频谱a—正常轴承；b—外圈疲劳；c—钢球疲劳；d—内圈疲劳十一评判标准a、绝对判断标准：“ＩＳＯ２３７２”（通用的振动判定标准，测振动速度的有效值，单位：mm／s，测量范围是１０Ｈz―１０００Ｈz，），判断结果为：良好／允许／较差／不允许。这一判定标准是在规定了正确测试方法后，必须掌握标准适用频率范围时，此方法才能选用。对于高频振动，由于测定条件复杂，以及精度问题等原因，采用高频振动标准较少。b、相对判断标准：对同一设备的同一部位定期测定，按时间先后进行比较，将设备正常时振动数据作为基准值。当实测值达到基准值的某一倍数时作为报警值。此时需加强监视或停机检修。表6-1ISO2372国际振动烈度标准振动速度有效值（mm/s）ISO2372ISO3945第一类第二类第三类第四类刚性基础柔性基础0.28AAAAAA0.450.711.12B1.8B2.8CBB4.5CBB7.1DCC11.2DCC18DD28DD4571振动标准通常：中低频≤1KHz，a)实测值=1.5—2倍基准值为注意区域。b)实测值=4倍基准值为异常区域。高频1KHz，a)实测值=3倍基准值为注意区域。b)实测值=6倍基准值为异常区域。相对判断标准是起参考作用，对于具体设备而言，究竟振动增大为原来几倍时机器会损坏，也是不一样的。最好办法是对每台设备建有自己的振动标准，这种标准更实际、更可靠。c、类比判断标准：对数台设备，按相同运行条件和基准，在相同部位用同一台仪器进行测定。如振动明显大的那台就是有问题的。一般情况下，振动为同类机器两倍时视为异常，需加强监视。在具体进行诊断时，可选用一种方法，也可同时用两种方法。总之，一个准确的故障诊断结论，往往是先进的诊断技术与丰富的现场经验相结合的结果。所以，下结论前，需要听取现场操作工人和技术人员意见，以求得共识，切忌随意下结论。返回十二、建立监测档案制表、记录测量值及日期。建立档案。十三、绘制状态趋势图报警值危险值停机日期报警日期感谢