过程装备监测与诊断-演示讲稿

1、过程装备监测与诊断过程装备监测与诊断 过程装备与控制工程专业过程装备与控制工程专业 潘宏侠潘宏侠 过程装备检测与诊断过程装备检测与诊断 学分：学分：2.5 学时：学时：40 教材：教材：设备故障诊断，沈庆根、郑水英主编 教学目的和基本要求：教学目的和基本要求： 教学目的：教学目的：系统掌握过程机械装备产生故障的原因、故障 的特征、监测和诊断的方法以及故障防治的措施。培养掌握 过程装备现代化技术的工程人才。 基本要求：基本要求：通过对本课程的学习，能分析和诊断过程装备 生产中的常见故障，能开展一些基本的监测和分析工作。 第一章第一章 过程装备监测与诊断概论过程装备监测与诊断概论 1.1 引言引言

2、 1.2 设备诊断的含义设备诊断的含义 1.3 设备诊断技术的应用与发展设备诊断技术的应用与发展 1.4 诊断与维修方式诊断与维修方式 1.5 设备故障的类型与可能原因设备故障的类型与可能原因 1.6 设备故障诊断的功能与环节设备故障诊断的功能与环节 1.7 监测的技术与方法监测的技术与方法 1.8 设备故障诊断与分析方法设备故障诊断与分析方法 第一章第一章 过程装备检测与诊断概论过程装备检测与诊断概论 1.1 引言引言 中原油气远程监测诊断系统现场中原油气远程监测诊断系统现场 烟气轮机压缩机机组烟气轮机压缩机机组 中原油气远程监测诊断系统现场中原油气远程监测诊断系统现场 乙烷气压缩机机组乙烷

3、气压缩机机组 辽化远程监测诊断系统辽化远程监测诊断系统 轴心轨迹图轴心轨迹图 设备故障诊断是在实际应用需求和多种学科相结合中设备故障诊断是在实际应用需求和多种学科相结合中 发展起来的，是一门发展起来的，是一门新兴的边缘学科新兴的边缘学科。 它所涉及的知识面广，内容丰富多彩。在过程装备领它所涉及的知识面广，内容丰富多彩。在过程装备领 域内，机械设备的种类繁多，运行参数各异，故障形式多域内，机械设备的种类繁多，运行参数各异，故障形式多 样，尤其是样，尤其是各类高功率、高性能参数的旋转机械各类高功率、高性能参数的旋转机械，是大型，是大型 生产装置中的关键设备，这类机器不仅生产装置中的关键设备，这类机

4、器不仅价格昂贵价格昂贵，而且从，而且从 设计、制造、安装到维护运行的设计、制造、安装到维护运行的技术要求高技术要求高，一旦出了故，一旦出了故 障，其障，其影响面很大影响面很大，是要，是要重点进行监测与诊断的对象重点进行监测与诊断的对象。 我们首先问：我们首先问：什么是设备故障诊断？什么是设备故障诊断？ 我们学校我们学校“过程装备与控制工程过程装备与控制工程”专业，是国内百所专业，是国内百所 具有具有过控过控专业的极少数在自动控制系率先开办该专业的学专业的极少数在自动控制系率先开办该专业的学 校，并逐渐形成了自己校，并逐渐形成了自己“检测、诊断与控制检测、诊断与控制”的鲜明特色，的鲜明特色， 该

5、专业课程设置经过国家专业教学指导委员会的认可。该专业课程设置经过国家专业教学指导委员会的认可。 我们这门课程我们这门课程“过程装备检测与诊断过程装备检测与诊断”正是体现我们正是体现我们 专业特色的一门课程，几年来，我们专业在这一方向上做专业特色的一门课程，几年来，我们专业在这一方向上做 了大量工作，并取得了相应的研究成果。了大量工作，并取得了相应的研究成果。 复杂机械系统动态设计与参数优化，复杂机械系统动态设计与参数优化，0303年教育部提名国家科技进步二等奖年教育部提名国家科技进步二等奖 特种车辆动力装置控制系统可靠性设计，特种车辆动力装置控制系统可靠性设计，0303年省科技进步二等奖年省科

6、技进步二等奖 特种车辆动力装置自动装填控制系统研究，特种车辆动力装置自动装填控制系统研究，0606年省科技进步二等奖年省科技进步二等奖 某某车辆系统状态监测与故障诊断技术研究，某某车辆系统状态监测与故障诊断技术研究，0606年部级科学技术三等奖年部级科学技术三等奖 履带车辆传动箱状态监测与故障诊断技术，履带车辆传动箱状态监测与故障诊断技术，0707年省科技进步二等奖年省科技进步二等奖 深孔镀铬生产线集散控制系统研究，深孔镀铬生产线集散控制系统研究，0808年省科技进步三等奖年省科技进步三等奖 基于目标面的开关阀控液压系统智能调平技术，基于目标面的开关阀控液压系统智能调平技术，0909年省科技进

7、步二等奖年省科技进步二等奖 我们学校我们学校“过程装备与控制工程过程装备与控制工程”专业，所承担的与检专业，所承担的与检 测诊断与控制相关方面的科研课题有：测诊断与控制相关方面的科研课题有： 基于粒子群优化和滤波技术的复杂传动装置早期故障诊断，国家自然科学基金基于粒子群优化和滤波技术的复杂传动装置早期故障诊断，国家自然科学基金 车辆行驶道路谱、载荷谱、振动谱、噪声谱测试，预先研究车辆行驶道路谱、载荷谱、振动谱、噪声谱测试，预先研究 人机环境技术研究人机环境技术研究振动与噪声控制，预先研究振动与噪声控制，预先研究 基于粒子群优化的齿轮箱故障诊断技术研究，省自然科学基金基于粒子群优化的齿轮箱故障诊

8、断技术研究，省自然科学基金 机电设备远程通用智能诊断模块开发与集成，省留学回国人员基金机电设备远程通用智能诊断模块开发与集成，省留学回国人员基金 柴油机故障特征的提取、表达方式、影响因素研究，预先研究柴油机故障特征的提取、表达方式、影响因素研究，预先研究 弹丸卡膛速度、卡膛力和卡膛姿态测试研究，预研子项目弹丸卡膛速度、卡膛力和卡膛姿态测试研究，预研子项目 某塔架试验模态分析与动态响应仿真，某塔架试验模态分析与动态响应仿真， 总部总部 基于粒子群优化和滤波技术的柴油机早期故障诊断，教育部博士点基金基于粒子群优化和滤波技术的柴油机早期故障诊断，教育部博士点基金 驱动电机输入电流检测装置及故障诊断软

9、件，条保项目驱动电机输入电流检测装置及故障诊断软件，条保项目 弹药摆动和翻转机构角运动参数检测单元，条保项目弹药摆动和翻转机构角运动参数检测单元，条保项目 援外身管镀铬控制系统，外贸项目援外身管镀铬控制系统，外贸项目 基于群体智能分析的传动箱故障诊断研究，国家自然科学基金基于群体智能分析的传动箱故障诊断研究，国家自然科学基金 身管镀铬生产线自动化改造，条件保障项目身管镀铬生产线自动化改造，条件保障项目 某炮长控制台检测仪研制，委托项目某炮长控制台检测仪研制，委托项目 某液压调平机构控制软件设计，委托项目某液压调平机构控制软件设计，委托项目 产品控制系统软件设计，委托项目产品控制系统软件设计，委

10、托项目 热护套防护效率测试系统，企业委托项目热护套防护效率测试系统，企业委托项目 我们学校我们学校“过程装备与控制工程过程装备与控制工程”专业，目前所发表专业，目前所发表 的与的与“检测诊断控制检测诊断控制”相关的学术论文有近相关的学术论文有近200200篇，其中：篇，其中： SCISCI收录论文收录论文3 3篇，篇，EIEI收录论文收录论文7070多篇。还出版了几本相关多篇。还出版了几本相关 的教材，有的教材，有3 3项相关的国家发明专利。项相关的国家发明专利。 目前国内目前国内“过程装备与控制工程过程装备与控制工程”专业唯一的院士，是专业唯一的院士，是 北京化工大学的高金吉教授，他所从事的

11、主要研究方向是北京化工大学的高金吉教授，他所从事的主要研究方向是 “化工过程装备的监测与故障诊断化工过程装备的监测与故障诊断”，提出了，提出了“装备故障的装备故障的 自恢复调控原理和技术自恢复调控原理和技术”，他为，他为“过程装备与控制工程过程装备与控制工程”专专 业的发展做出了突出的贡献，是我们学习本门课程的动力，业的发展做出了突出的贡献，是我们学习本门课程的动力， 我也希望我们专业的学生能在该领域作出成绩，成为我也希望我们专业的学生能在该领域作出成绩，成为“过程过程 装备检测与故障诊断装备检测与故障诊断”研究领域的新生力量。研究领域的新生力量。 我们这门课程我们这门课程“过程装备检测与诊断

12、过程装备检测与诊断”选用了化学工选用了化学工 业出版社出版的国家级业出版社出版的国家级“十五十五”规划教材规划教材“设备故障诊设备故障诊 断断”。该书重点编写了旋转和往复机械的故障诊断，结合。该书重点编写了旋转和往复机械的故障诊断，结合 大量典型事例分析，给读者提供了设备故障诊断方面的基大量典型事例分析，给读者提供了设备故障诊断方面的基 本理论知识和分析技术，也可使工程技术人员在现场处理本理论知识和分析技术，也可使工程技术人员在现场处理 实际故障问题时有参考和借鉴。实际故障问题时有参考和借鉴。 应该说我们选用的这本书作教材，是比较适合我们应该说我们选用的这本书作教材，是比较适合我们 “过程装备

13、与控制工程过程装备与控制工程”专业特点的，背景比较强专业特点的，背景比较强。近些。近些 年来，随着机械设备状态检测与故障诊断技术的发展，出年来，随着机械设备状态检测与故障诊断技术的发展，出 版了许多相关的书籍，使我们有可能看到较多的具有不同版了许多相关的书籍，使我们有可能看到较多的具有不同 特点的设备故障诊断方面的参考书。特点的设备故障诊断方面的参考书。 开展状态监测与故障诊断的重要性开展状态监测与故障诊断的重要性 机械设备发展的需要机械设备发展的需要 生产安全及质量对机械设备要求的需要生产安全及质量对机械设备要求的需要 设备管理设备管理维修体制进步的需要维修体制进步的需要 状态监测与故障诊断

14、的具体作用状态监测与故障诊断的具体作用 1.2 1.2 设备诊断的含义设备诊断的含义 机械设备发展的需要机械设备发展的需要 大型化大型化 高速化高速化 精密化精密化 自动化自动化 结构复杂化结构复杂化 昂贵的设备费用昂贵的设备费用 设备系统各部分的关联越来越密切设备系统各部分的关联越来越密切 生产安全及质量对机械设备要求的需要生产安全及质量对机械设备要求的需要 产品质量或产量产品质量或产量 生产非计划停顿生产非计划停顿 设备损坏设备损坏 造成人身安全隐患造成人身安全隐患 巨额的经济损失巨额的经济损失 甚至大范围环境污染甚至大范围环境污染 对相关行业的影响对相关行业的影响 设备管理设备管理维修体

15、制进步的需要维修体制进步的需要 我国从我国从1983年开始已正式把开展诊断工作的要求纳入年开始已正式把开展诊断工作的要求纳入 国营工业交通设备管理试行条例之中，明确提出国营工业交通设备管理试行条例之中，明确提出 “要根据生产需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测要根据生产需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测 技术，发展以状态监测为基础的预防维修体制技术，发展以状态监测为基础的预防维修体制”。 国家连续投入巨资，组织大量科技人员进行攻关研究。国家连续投入巨资，组织大量科技人员进行攻关研究。 设备的状态监测和故障诊断理论、技术和系统正得到进设备的状态监测和故障诊断理论、技术和系统正得到进 一步的发展

16、和完善。一步的发展和完善。 事后维修事后维修 计划维修计划维修 视情维修 过去过去 现在现在将来将来 技术发展技术发展 设备维修体制的发展设备维修体制的发展 状态监测与故障诊断的具体作用状态监测与故障诊断的具体作用 设备故障诊断是一项给设备设备故障诊断是一项给设备“看病看病”的技术，它的技术，它有有 两方面的两方面的含义：其一是要查明设备发生了什么故障；含义：其一是要查明设备发生了什么故障； 其二是要查明引起故障的初始原因。其二是要查明引起故障的初始原因。 这样就可以这样就可以使各级领导和技术人员及时、充分了解使各级领导和技术人员及时、充分了解 该机组的运行状况，保证机组安全、可靠、高效地运该

17、机组的运行状况，保证机组安全、可靠、高效地运 行，具体作用如下：行，具体作用如下： 掌握设备健康情况，合理安排生产掌握设备健康情况，合理安排生产 发现设备故障隐患，防止故障的发生发现设备故障隐患，防止故障的发生 进行设备故障诊断，为维修提供依据进行设备故障诊断，为维修提供依据 节约设备维护费用，提高经济效益节约设备维护费用，提高经济效益 应用最新科技成果，提高设备管理水平应用最新科技成果，提高设备管理水平 1986年年4月前苏联切尔诺贝利核电站四机组发生严重振动而造成核泄漏，月前苏联切尔诺贝利核电站四机组发生严重振动而造成核泄漏， 致使致使2000多人死亡，直接经济损失多人死亡，直接经济损失3

18、0亿美元。亿美元。 1987年山西大同发电厂年山西大同发电厂200MW机组转子断裂机组转子断裂 1988年秦岭电厂年秦岭电厂5号机组主轴断裂，两次事故经济损失均达亿元以上。号机组主轴断裂，两次事故经济损失均达亿元以上。 1976至至1985年期间，化肥五大机组由于事故停车造成的直接经济损失高年期间，化肥五大机组由于事故停车造成的直接经济损失高 达四亿七千五百万元达四亿七千五百万元 1972年日本关西电力公司南海电站年日本关西电力公司南海电站3号号600MW气轮发电机因振动而引起气轮发电机因振动而引起 的断轴毁机事件；的断轴毁机事件； 1984年印度伯帕尔化工厂由于设备故障发生农药泄漏事故年印度

19、伯帕尔化工厂由于设备故障发生农药泄漏事故 设备故障引发的触目惊心的事故设备故障引发的触目惊心的事故 开展状态监测与故障诊断的重要性开展状态监测与故障诊断的重要性 美国美国19901990年全年税收为年全年税收为7,5007,500亿美元，而工业设备的维修费用亿美元，而工业设备的维修费用 达达25002500亿美元，专家估计其中约亿美元，专家估计其中约750750亿美元是亿美元是“过剩维修过剩维修”费用费用 。 据日本资料可知，机组设备诊断技术的应用使每年的维修费据日本资料可知，机组设备诊断技术的应用使每年的维修费 用减少用减少25255050，故障停机时间减少，故障停机时间减少7575。 我国

20、电力部门全面推广设备诊断技术，仅维修费用每年可节我国电力部门全面推广设备诊断技术，仅维修费用每年可节 约约3.53.5亿元。亿元。 采用故障诊断技术另一方面可以大大减少非计划停车和生产采用故障诊断技术另一方面可以大大减少非计划停车和生产 停顿所造成的损失。以一台停顿所造成的损失。以一台200200MWMW气轮发电机组为例，如能将故气轮发电机组为例，如能将故 障分析和处理时间减少一天，则可以多发电障分析和处理时间减少一天，则可以多发电480480万千瓦时，挽回万千瓦时，挽回 经济损失达数百万元；一台经济损失达数百万元；一台3030万吨合成氨压缩机，停车一小时万吨合成氨压缩机，停车一小时 直接损失

21、就高达数十万元。直接损失就高达数十万元。 设备故障诊断带来的经济效益设备故障诊断带来的经济效益 开展状态监测与故障诊断的重要性开展状态监测与故障诊断的重要性 1.2 1.2 设备故障诊断的含义设备故障诊断的含义 设备故障诊断设备故障诊断是指应用现代测试分析手段和诊断理论方法，对运行中的机械设是指应用现代测试分析手段和诊断理论方法，对运行中的机械设 备出现故障的备出现故障的机理、原因、部位和故障程度机理、原因、部位和故障程度进行识别和诊断，并且根据诊断结论，进行识别和诊断，并且根据诊断结论， 确定设备的维修方案和防范措施确定设备的维修方案和防范措施回答了什么是设备故障诊断的问题。回答了什么是设备

22、故障诊断的问题。 设备故障诊断与医学诊断类似，设备故障诊断与医学诊断类似，人生了病需要求医就诊，同样机械设备在运行人生了病需要求医就诊，同样机械设备在运行 中产生故障，也需要中产生故障，也需要“医生医生”去帮助分析和诊断病因，因此机械设备的故障诊断技去帮助分析和诊断病因，因此机械设备的故障诊断技 术是术是模拟模拟医学界的疾病诊断思路提出来的。人体疾病是由内因和外因产生，在病理医学界的疾病诊断思路提出来的。人体疾病是由内因和外因产生，在病理 上是经过一系列复杂的物理、生化过程形成，通过人的各部位器官和组织反映出一上是经过一系列复杂的物理、生化过程形成，通过人的各部位器官和组织反映出一 定症状。对

23、病人的医疗过程，首先经过各种理化检验，根据检查结果和病史、症状定症状。对病人的医疗过程，首先经过各种理化检验，根据检查结果和病史、症状 的表现，利用医生的知识和经验，诊断出病人的疾病类型、性质和程度，然后对症的表现，利用医生的知识和经验，诊断出病人的疾病类型、性质和程度，然后对症 下药，采取有效的治疗措施。下药，采取有效的治疗措施。 对于机械设备的故障诊断也有同样的对于机械设备的故障诊断也有同样的“疾病诊疗疾病诊疗”过程，过程，第一步要根据设备在第一步要根据设备在 运行中已暴露的或潜在的故障现象，例如，振动、噪声、磨损、裂纹、断裂、变形运行中已暴露的或潜在的故障现象，例如，振动、噪声、磨损、裂

24、纹、断裂、变形 或效率低下等，采用相应的信号检测和分析方法，监测到能够反映设备或零部件运或效率低下等，采用相应的信号检测和分析方法，监测到能够反映设备或零部件运 行状态的参数（称为特征参数），获取有关设备行状态的参数（称为特征参数），获取有关设备“健康健康”状况的信息，了解其工作状况的信息，了解其工作 正常或不正常。正常或不正常。第二步是收集与故障分析有关的设备制造、安装和操作运行的状态第二步是收集与故障分析有关的设备制造、安装和操作运行的状态 参数记录数据，利用领域专家或工程技术人员的知识和经验，用一定的诊断方法和参数记录数据，利用领域专家或工程技术人员的知识和经验，用一定的诊断方法和 手段

25、，诊断出设备故障的性质、类型、部位和程度，分析故障产生的原因，提出相手段，诊断出设备故障的性质、类型、部位和程度，分析故障产生的原因，提出相 应的治理措施，最终能全部或部分排除故障，保证设备安全、有效地运行。应的治理措施，最终能全部或部分排除故障，保证设备安全、有效地运行。 1.2 1.2 设备故障诊断的含义设备故障诊断的含义 通常，设备故障诊断包含三部分内容：通常，设备故障诊断包含三部分内容： 第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息，这就第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息，这就 是信号采集。采集到的信号还需要用信号分析系统加以处理，去除无用信息，是信号

26、采集。采集到的信号还需要用信号分析系统加以处理，去除无用信息， 提取能反映设备状态的有用信息（称为特征信息），从这些信息中发现设备提取能反映设备状态的有用信息（称为特征信息），从这些信息中发现设备 各主要部位和零部件的性能是处于良好状态还是故障状态，这部分内容称为各主要部位和零部件的性能是处于良好状态还是故障状态，这部分内容称为 “状态监测状态监测”，它包含了信号采集和信号处理。，它包含了信号采集和信号处理。 第二部分是如果发现设备工作状态不正常或存在故障，则需要对能够反第二部分是如果发现设备工作状态不正常或存在故障，则需要对能够反 映故障状态的特征参数和信息进行识别，利用专家的知识和经验，像

27、医生诊映故障状态的特征参数和信息进行识别，利用专家的知识和经验，像医生诊 断疾病那样，诊断出设备存在的故障类型、故障部位、故障程度和产生故障断疾病那样，诊断出设备存在的故障类型、故障部位、故障程度和产生故障 的原因，这部分内容称为的原因，这部分内容称为“故障诊断故障诊断”。 第三部分称为第三部分称为“诊断决策诊断决策”。是根据诊断结论，采取控制、治理和预防。是根据诊断结论，采取控制、治理和预防 措施的决策。在故障的预防措施中还包括对设备或关键零部件的可靠性分析措施的决策。在故障的预防措施中还包括对设备或关键零部件的可靠性分析 和剩余寿命估计。有些机械设备由于结构复杂，影响因素众多或者对故障形和

28、剩余寿命估计。有些机械设备由于结构复杂，影响因素众多或者对故障形 成的机理了解不够，也有从治理措施的有效性来证明诊断结论是否正确。成的机理了解不够，也有从治理措施的有效性来证明诊断结论是否正确。 由此可见，由此可见，设备诊断技术所包含的设备诊断技术所包含的内容比较广泛内容比较广泛，诸如设备，诸如设备状态参数状态参数 （力、位移、振动、噪声、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力和流量等）的（力、位移、振动、噪声、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力和流量等）的监监 测测，状态，状态特征参数变化的辨识特征参数变化的辨识，机器发生振动和机械损伤时的，机器发生振动和机械损伤时的原因分析原因分析，故，故 障的障的控制与防治控制与防治，机械零部件的，机械零部件的可靠性分析和剩余寿命估计可靠性分析和剩余寿命估计等，都属于设备等，都属于设备 故障诊断的范畴。故障诊断的范畴。 人工防治或主动控制人工防治或主动控制 故障诊断故障诊断 确定故障类型，性质，确定故障类型，性质， 程度和部位，查找故程度和部位，查找故 障原因障原因 监测