机电设备的状态监测与故障诊断

1、机电设备的状态监测与故障诊断张锡清(龙煤双鸭山分公司新安煤矿 , 黑龙江 双鸭山 155100摘 要 机电设备的故障诊断就是利用机器运行过程中各个零部件的二次效应 , 由局部推测整体 , 发挥出设备寿命周期的最大效益 。 该文主 要阐述了机电设备的状态监测和故障诊断 、 设备诊断过程 、 振动诊断技术 、 红外诊断技术和铁谱分析技术和油液气相分析技术等问题 。 关键词 机电设备 状态监测 故障诊断中图分类号 TD407文献标识码 A机电设备的故障过程就是零部件失效的过程 。 故 障诊断就是利用机器运行过程中各个零部件的二次效 应 , 由局部推测整体 , 发挥出设备寿命周期的最大效 益 。 国内

2、外应用于机械设备故障检测 、 分析和诊断的 主要方法有振动和噪声诊断法 , 另外有磨损残留物 、 泄 漏物诊断法 、 温度 、 压力 、 流量和功率变化诊断法 ; 应 变 、 裂纹及声发射诊断法 。1设备状态监测和故障诊断设备状态监测和故障诊断技术又称为设备诊断技 术 , 它是在设备运行中或在基本不拆卸设备的条件下 掌握设备运行状态 , 判定产生故障的部位和原因 , 并预 测 、 预报未来状态的技术 。 设备诊断技术的发展 , 把设 备的预防维修推向新的阶段 。 以设备的技术状态来确 定设备维修工作的内容和时间 , 比定期更换零部件降*收稿日期 :20110408作者简介 :张锡清 , 男 ,

3、 汉族 , 黑龙江双鸭山人 , 工程师 , 从事煤矿机 电技术工作 。 低了维修费用 , 可减少不必要的大修 , 提高设备正常运 转的可靠性 , 促使设备从定期预防维修向以状态监测 为基础的预测维修转变 , 使预防维修效果经济 、 有效 。 设备诊断技术主要有以下优点 :(1 可较为准确地判断零部件磨损更换的时间 , 避免 “ 维修过剩 ” , 有效利用零部件寿命 。(2 能在不拆卸或基本不拆卸设备的条件下 , 判 定零件磨损和诊断故障 , 在定期检查工作的同时 , 保持 设备精度 。(3 可预测 、 预报零部件磨损剩余寿命 , 便于安排 设备维修计划 。(4 适合用于安全性要求高 、 连续不

4、间断运转的 、 无备用系统的关键设备 , 能充分发挥设备效能 , 节省维 修费用 , 提高设备运转可靠性 。2设备诊断过程与分析21设备诊断过程(1 设备状态信号是设备异常或故障信息的载可控硅 。 因而选用液力偶合器 。运行实践证明 , 液力偶合器是可靠的 , 机组运行平 稳 , 调速性能良好 , 操作方便 。在并联运行的供水系统中加装了无极调速的液力 偶合器 , 使水泵由恒速运行变为可变速运行 。 泵的流 量 、 扬程 、 轴功率随转速的变化如下 :Q 2 /Q1=n 2 /n 1H 2 /H1=(n 2/n 1 2N 2 /N1=(n 2/n 1 3式中 Q 、 H 、 n 、 N 分别表

5、示水泵的流量 、 扬程 、 转速 及轴功率 , 其中脚注 1, 2分别为转速变化前 、 后的数 值 。 可见 , 水泵流量与转速成一次方关系变化 ; 扬程与 转速成二次方关系变化 , 轴功率与转速成三次方关系 变化 。 因此 , 采用变速调节可大大减少电机所消耗的 功率 。 当然 , 这种调速应该以保证管网的供水压力为 前提 。 据测定 , 用阀门节流调节输送 3752t /h的水所 消耗的功率为 800kW , 而用变速调节输送 3769t /h水 所消耗功率为 710kW , 变速调节比阀门节流调节减少 消耗功率 90kW 。3结论(1 泵的节能首先要在满足生产所需的扬程 、 流 量的前提

6、下 , 去除多余扬程 。 去除多余扬程的方法可 采用叶轮切削 , 多级泵抽取一级叶轮等 。 改型改造也 是去除多余扬程的一种方法 。(2 在几台水泵并联运行的供水系统中配备的多 台水泵应选用扬程相同 , 而流量有一定差额的泵 , 这样 便于水量的调节 。(3 对流量调节频繁的供水系统 , 用变速调节取 代传统的节流调节 , 可节省消耗在阀门上的能量 , 调节 越频繁的供水系统 , 节能效果越明显 。(4 并联运行的供水系统只在一台泵上加调速装 置即可 , 调速装置在容量最大的泵上 。(5 泵的节能改造的顺序应是 : 消除多余的扬 程 ; 对机组作适当调整 、 改造 ; 采用调速技术 。 172

7、011年第 3 期体 , 应选择便于诊断的状态信号 , 如振动 、 噪声 、 温度 等 , 还有灵敏可靠并满足检测仪器需要的信号传感器 , 以真实 、 充分检测到足够数量且能反映设备情况的状 态信号 。 这是诊断成功的关键 。(2 信号处理是从伴有各种干扰的综合信号中 , 将能反映设备状态的特征信号提取出来 , 并精化故障 特征信号 , 实现提高诊断灵敏度和可靠性目的 。 (3 状态识别是通过对设备状态特征信号的分析 和对比 , 识别和判断设备状态 , 判定其是否存在故障 , 及故障的部位 、 原因和严重程度 。(4 预测是对还没发生的或还不明确的故障进行 预先的估计和推测 。 通过预测故障

8、, 对设备的劣化趋 势和剩余寿命做出预报 , 为进行事故预防和预防维修 提供依据 。 决策是按照预测 、 预报和故障诊断结论采 取的防治故障的方法和措施 。22设备诊断的分类设备诊断可分为简易诊断和精密诊断 , 直接诊断 和间接诊断 , 定期诊断和在线监控 , 功能诊断和运行诊 断 。3振动诊断技术振动诊断技术是应用较广的设备状态监测和故障 诊断技术 , 它以装在设备不同部位上的振动传感器 , 拾 取振动信号 , 经处理后用来识别和判断设备的技术状 态 、 零部件的磨损和劣化趋势 , 并诊断设备故障 。 设备振动诊断适合旋转机械 、 流体机械和加工机 械等的状态监测和故障诊断 。 它可诊断转子

9、不平衡 、 联轴器不对中 、 滚动轴承和滑动轴承故障 、 齿轮磨损 、 紧固件松动 、 转轴裂纹 、 设备安装质量和流体机械的结 构故障等 。31振动诊断仪器振动诊断仪器有固定式和便携式 。 前者是在线连 续监测系统的成套仪器装备 , 包括安装在设备或系统 不同部位的 、 检测不同振动参数 (振动的幅值 、 速度 、 加 速度 的各种振动传感器和中央信号处理 、 状态识别 、 数据储存 、 监控报警等系统 。 后者由传感器和测振仪 组成 , 有测振仪 、 数据采集器 、 滚动轴承故障检查仪等 。 (1 测振仪 。 它用于定期检测设备的振动值 , 判 断设备技术状态 , 并根据一定时期内的振动值

10、变化 , 分 析劣化趋势 。 它的功能较为简单 , 价格便宜 , 可适于一 线班组使用 。 与测振仪功能相同的还有一种烈度计 , 测振仪均带有传感器和数据显示装置 。(2 数据 采 集 器 。 它 是 在 便 携 式 测 振 仪 的 基 础 上 , 增加了储存功能 、 现场分析功能 、 计算机接口等 , 由 传感器 、 数据采集器和计算机 (包括软件 组成的一种 离线周期监测系统 。 系统用数据采集器到现场采样在 测的振动数据 , 之后输入计算机进行分析 、 诊断 ; 还可 把计算机的指令和前几个周期的各部位振动数据输入 数据采集器 , 然后现场按计算机指令顺序进行各部位 的检测 , 并做数据

11、比较 , 分析劣化趋势等 。 这种系统的 数据采集简便可靠 , 处理迅速 , 检索方便 , 还兼有监测 和诊断的功能 。 只需购置一般的数据采集器就可形成 监测诊断系统 。(3 滚动轴承故障检查仪和脉冲冲击计 。 这是专 门用于监测滚动轴承故障的 , 是拾取轴承有损伤时发 出的周期性脉冲信号 , 经过信号处理可判断故障部位 和损伤程度 。32故障诊断旋转机械中的振动 , 主要有强迫振动和自激振动 , 用振动监测来诊断故障 , 可找出激起振动的原因 。 转 轴组件线性系统中振动的频率应等于激振力的频率 , 而激振力又是因零部件故障产生的 。 故障类型不同 , 激振力频率即转轴组件的激振频率也有区

12、别 。 所以 , 振动诊断是对各类激振频率的识别 。4红外诊断技术红外诊断就是用红外线扫描 , 间接取得温度信息 , 以监测和判断设备状态 。 红外诊断仪器一般有红外热 像仪和红外测温仪 。红外热像仪是通过红外线扫描 , 检测物体温度场 信息 , 在彩色屏幕上显示物体表面的温度分布图像 , 并 以数字显示图像上各部位的温度 。 它适合在面积较大 的温度场 , 监测其温度分布和异常部位 , 红外测温仪也 叫点温计 , 它只检测物体某一点或某一范围内的温度 值 , 并以数字显示 ; 有的点温计带有激光瞄准装置 , 可 准确地瞄准被检部位 。 点温计尤其适合检测运动物 体 、 电力运行中的电气设备和线路 、 及不能触及和触及 不到的部位的运行温度状态 。 如 :在矿区铁路车辆行 进中检测轴瓦温度 , 在电力运行中检测电力线路结点 和开关的电触点温度等 。5铁谱分析技术和油液气相分析技术铁谱分析是通过对油液中的磨损残粒 金属磨 屑的成分 、 形状 、 光泽 、 颜色 、 磨屑大小状况进行采样分 析 , 以监测和判断零部件的磨损程度 。 生产现场使用 的仪器有直读式铁谱仪和旋转式铁谱仪 , 其中