机械故障诊断1

1、1n机械故障诊断技术（2）,裴峻峰主编,石油大学出版社,2010.09,TH17/34n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， TH17/07n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 n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 n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 n机械故障的全息诊断原理 ，屈梁生著，科学出版社，2007.7 TH17/52n机械设备故障诊断技术及方法，张来斌等编著，石油工业

2、出版社，2000.07，TH17/41 n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 n 机械设备故障诊断技术n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。4n 机械设备故障诊断技术n（Mechanical Fault Diagnos

3、is）n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。5n机械故障诊断技术有下列的功能：n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；n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；n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。6n 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

4、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n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。n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。n R+F=18n 1按故障的性质分类n（l）间断性故障n 在较短时间内，设备丧失某种功能，以后又恢复了功能。n（2）永久性故障n 故障造成

5、的设备功能丧失必须到某些零件更换或修复后才能恢复。9n2按故障发生的快慢程度分类n（1）突发性故障n 不能靠早期试验或测试来预测的故障。n（2）渐发性故障n 能通过早期试验或测试来预测的故障。10n 3按故障的严重程度进行分类n（1）破坏性故障n 故障发生将立即导致机械设备全面丧失工作能力。 n 突发性+完全性n（2）渐发失效性故障n 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。n 部分性+渐发性11n4按故障产生的原因进行分类n（1）磨损性故障n 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。n（2）错用性故障n 机械设备运行中操作使用不当或意外情况引起某些零件

6、应力超过设计允许值而产生的故障。n（3）固有的薄弱性故障n 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。12n 5按故障的后果进行分类n（1）功能性故障n 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。n（2）灾难性故障n 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n 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。n 1功能诊断和运行诊断n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

7、行必要的调整n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。14n 2定期诊断和连续监控诊断n 定期诊断对机械设备进行定期常规检查和诊断，亦称巡检n 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。n 3直接诊断和间接诊断n 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。n 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）。15n4常规诊断和特殊诊断n 常规诊断在机器正常运行，即常规工况下进行的诊断n 特殊诊断借助于机器特殊工况，如机组的起动

8、和停车过程进行的诊断n5简易诊断和精密诊断n 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n1故障诊断技术的发展背景n 故障是人类的大敌n(1)故障影响生产n 故障使得生产停顿n 故障对连续化生产影响更大n 炼钢、玻璃、化工、发电n(2)故障造成损失n 1992.3.22 中“长二捆”发射“澳星”n 1990.4.24 美“哈勃”太空望远镜n 1996.8.09 美“NOAA-13”气象卫星17n (3)故障引起灾难n1979.3.28 美三里

9、岛核电站放射性物质泄漏。n1984.12.3 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。n1986.4.26.1:40 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。n1986.1.28.11:39:12 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。n2003.2.1.9:00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n机械

10、设备的维修制度的三个阶段n事后维修（Breakdown maintenance）n预防维修（Preventive maintenance） 定期维修n预知性维修（Condition maintenance or predictive maintenace）19n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。n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。 n日立某车间事故发生率降低了80n日采用设备诊断技术n 设备维修费减少2550n 故障停机时间降低7

11、5203故障诊断技术的其它重要作用n（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n 提高生产率，降低成本n（2）检验产品性能n 改进工艺过程，提高产品质量n（3）确诊工程结构损伤程度n 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n60年代中后期发展n美、日n英国、瑞典、挪威n丹麦（B&K振动）n航天、航空、核工业、军事n钢铁、化工、铁路、电力、交通n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n1.机械设备故障诊断技术功能：n（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

12、磨损状态，性能的劣化和故障状态；n（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；n（3）确定设备发生异常时的修复方法。23n 2.机械设备故障诊断的几个环节：n（l） 状态信号采集n 机械设备状态参数的监测n（2）信号分析处理n 进行信号处理，提取故障的特征信息n（3）技术状态识别n 确定故障的类型及发生部位n（4）维修决策形成n 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n 1直接观察法n古老而简单n定性听、看、触、嗅n经验+简单工具n 手锤、螺丝刀、涂料、温度计26n2参数测定法n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n基本的定

13、量测量方法n 振动、噪声、温度、压力、变形、n 阻值、磁场n测量手段仪表、传感器n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。27n3磨损残余物分析法n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n油样分析光谱、铁谱n4机器整机性能测定n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n检测内容输出功率、加工精度、性能曲线28n5.关键零部件的性能测定n测定对整机可靠性起关键作用的零部件监测n（在线测量）n如：转子自振特性测定、轴承温度监测、n 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n 1机械振动监测与分析技术n 应用最为广泛的故障诊断

14、技术n振动引起的机械损坏比率高（60）n振动信号容易获取（测量方便）n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n 本课程的主要内容30n2热红外监测与分析技术监测温度(场)n检测：缺陷、隐患（无损探伤）n 热源、热点（如电路过热处）n 热场分布、热场变化n技术：红外探测n 热红外成像 逐点扫描n 焦平面31n 3超声与声发射监测与分析技术n超声监测检测界面n测厚，测距，检测裂纹、杂质、缺陷n检测腐蚀程度、内部损伤或裂纹的产生、发展n声发射技术检测材料破、裂时的声音n检测损伤、裂纹的扩展，物质泄漏n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。32n 4润滑油的光谱、铁谱分析技术n油样分析技术n光谱测定油样燃烧时金属的发光谱n铁谱测定油样中铁屑的大小及数量n作用：检测油样中金属成份的含量n 判断机器零部件的磨损程度33n 5噪声监测与分析技术n振动是噪声的来源。n噪声的监测与分析n 寻找声源（振源），降噪（振）n 用噪声信号判别机器的故障34n6其他：n判断机器内部故障状态的激光、光纤和视频成像技术n分析工作介质成分变化的气相色谱技术n检测金属内部缺陷的X光射线及其它无损检测技术n35四、信号处理技术n目的：