设备状态监测与故障诊断技术第3章-设备故障诊断的技术ppt课件

1、第三章 设备缺点诊断的技术根底学习目的：熟习设备缺点诊断技术的内容；掌握设备缺点信息获取和检测方法的框架知识；了解设备缺点常用的3种评定规范及相对判别规范的制定方法；熟习缺点诊断中的信号处置，傅里叶变换在缺点诊断的信号处置中占有中心的位置，须了解这一重要实际根底。2022/7/161 机械振动形状监测与缺点诊断技术在实际上和方法上都很成熟，它涉及很多学科知识。本章引见设备缺点诊断特别是振动诊断的技术根底，.第一节 设备缺点诊断技术的内容设备缺点诊断的内容包括形状监测、分析诊断和缺点预测三个方面。 设备缺点诊断的详细实施过程可以归纳为如下4个方面:(1)信息采集：设备在运转过程中必然会有力、热、

2、振动及能量等各种量的变化，由此会产生各种不同信息。根据不同的诊断需求，选择能表征设备任务形状的不同信号，如振动、压力、温度等，这些信号普通是用不同的传感器来获取的，我们简称为数采。 (2)信号处置：这是将采集到的信号进展分类处置、加工，获得能表征机器特征的过程，也称特征提取过程，如对振动信号从时域变换到频域进展频谱分析即是这个过程。2022/7/162.第一节 设备缺点诊断技术的内容(3)形状识别：将经过信号处置后获得的设备特征参数与规定的允许参数或判别参数进展比较、对此以确定设备所处的形状，即能否存在缺点、缺点的类型和性质等。为此应正确制定相应的判别准那么和诊断战略。(4)诊断决策：根据对设

3、备形状的判别，决议应采取的对策和措施，同时应根据当前信号预测设备形状能够开展的趋势，进展趋势分析。图3-1 设备诊断过程框图 被测设备获取检测信号设备特征信息诊断决策设备允许参数缺点确定趋势分析对比信号采集信号处置形状识别2022/7/163.第二节 设备缺点的信息获取和检测方法一、设备缺点信息的获取方法：直接察看法、量化管理1直接观测法感性认知判别主要靠人的阅历和感官来感受、获取设备的形状信息，且限于能观测到的或接触到的机器零部件。被更多地用在静止的设备中。在观测中有时运用一些辅助的工具和仪器，如倾听机器内部声音的听棒，检查零件内孔有无外表缺陷的光学窥镜，检查零件外表有无裂纹的磁性涂料及着色

4、浸透剂等，来扩展和延伸人的观测才干。主要包括以下工具和仪器： 用耳朵听听觉采取听棒、螺丝刀等工具； 用眼睛看视觉有无缺件、变形、磨损、走漏等情况； 用手摸触觉振动、温度、走漏点等情况； 用鼻子闻嗅觉有无胶糊味，如电机过热的绝缘漆味； 当然，还有向操作者问缺点情况； 这与中医的“望、闻、问、切有异曲同工之妙。2022/7/164.第二节 设备缺点的信息获取和检测方法2量化管理 用仪器测将人的五官延伸到仪器上 参数测定法 根据设备运转的各种参数的变化来获取缺点信息是广泛运用的一种方法。由于机器运转时由于各部件的运动必然会有各种信息，这些信息参数可以是温度、压力、振动、噪声等，它们都能反映机器的任务

5、形状。胀差、阻值等参数也是缺点信息的重要来源。P23 磨损残渣测定法 测定机器零部件如轴承、齿轮、活塞环等的磨损残渣在光滑油中的含量，即光滑油液分析，也是一种有效的获取缺点信息的方法。 设备性能目的的测定 经过丈量机器性能及输入、输出量的变化信息来判别机器的任务形状。设备性能包括整机及零部件性能。P232022/7/165.第二节 设备缺点的信息获取和检测方法二、设备缺点的检测方法：1振动和噪声的缺点检测 大部分机器共有的表现方式，约占60%，可有如下诊断方法： 振动法：对机器主要部位的振动值如位移、速度、加速度、转速及相位值等进展测定，并与规范值进展比较，据此可以宏观地对机器的运转情况进展评

6、定，最常用的方法之一。 特征分析法 ：对测得的上述振动量在时域、频域、时频域进展特征分析，确定机器各种缺点的内容和性质。2022/7/166.第二节 设备缺点的信息获取和检测方法 模态分析与参数识别法：利用测得的振动参数对机器零部件的模态参数进展识别，以确定缺点的缘由和部位。 冲击能量与冲击脉冲测定法：利用共振解调技术(IFD)测定滚动轴承的缺点。 声学法：对机器噪声的丈量，了解机器运转情况并寻觅振动源。2022/7/167.2资料裂纹及缺陷损伤的缺点检测 资料裂纹包括应力腐蚀裂纹及疲劳裂纹，普通可采用下述方法进展检测： 超声波探伤法 射线探伤法 浸透探伤法 磁粉探伤法 涡流探伤法 激光全息检

7、测法 微波检测技术 声发射技术第二节 设备缺点的信息获取和检测方法2022/7/168.3设备零部件资料的磨损及腐蚀缺点检测 这类缺点除采用上述无损检测中的超声探伤法外尚可运用以下方法： 光纤内窥技术 油液分析技术4工艺参数温度、压力、流量等变化引起的缺点检测 机器设备系统的有些缺点往往反映在一些工艺参数，如温度、压力、流量等的变化中。如在温度丈量中，常规的接触式测温仪：装在机器上的热电阻、热电偶等；特殊场所中的非接触式测温仪：红外测温仪、红外热像仪等。 它们依托物体的热辐射进展丈量。第二节 设备缺点的信息获取和检测方法2022/7/169.一、判别规范(绝对、相对、类比) 为了对设备的形状作

8、出判别，判别能否存在缺点及缺点的程度如何，必需对表征机器形状的丈量值与规定的规范值进展比较。常用的有三种判别规范，即绝对判别规范、相对判别规范以及类比判别规范。1绝对判别规范 它要求在设备的同一部位或按一定的要求测得的表征机器设备形状的值与某种相应的判别规范相比较，以评定设备的形状。第三节 设备缺点的评定规范2022/7/1610.2022/7/1611.设备形状的另一种振动评价规范2022/7/1612.2022/7/1613.2相对判别规范 它要求对设备的同一部位同一工况同一种量值进展测定，将设备正常任务情况的值定为初始值，按时间先后将实测值与初始值进展比较来判别设备形状。第三节 设备缺点

9、的评定规范 相对判别规范的制定方法：在设备运转形状比较良好的时候新安装好或大修后可以确认任务形状良好时，用数据采集器测振仪延续对确定的测点进展多次丈量最好能测20次以上，每次丈量最好能间隔一段时间，传感器也应取下后再放上。然后计算其平均值。2022/7/1614.常用的平均方法首先，求出N次丈量的算术平均值 Vm = (V1 +V2+ +VN)N然后，报警限VT为算术平均值 Vm的310倍，即 Vt=K Vm , K=310其中，V1，V2，VN表示第1,2,N次丈量的丈量值； K表示报警因子，普通去310第三节 设备缺点的评定规范2022/7/1615.首先，计算N次丈量的算术平均值Vm和均

10、方根值Vs: Vm = (V1 +V2+VN)N Vs = (V1-Vm)2+(V2-Vm)2+ . . . +(Vn-Vm)2 N 另一种平均方法 然后，设定丈量报警限 Vt= Vm + kVs , k=25 k 根据设备的运用环境、工况变化范围、对设备振动的要求严厉程度、设备的价钱等来确定。 每次丈量的工况如负载、转速等应尽能够一致，并在以后的检测中也尽能够在该工况下丈量。第三节 设备缺点的评定规范2022/7/1616.3类比判别规范定义：假设有数台机型、规格均一样的设备，在一样工况和运用环境下对它们进展测定，经过相互比较作出判别，用这种方法对机器设备的形状进展评定而制定的规范称作类比判

11、别规范。需求指出的是，在实际中，常将相对判别规范与类比判别规范两者结合制定一致的规范，而上述相对判别规范的制定方法也仅供参考，在实际中亦可以详细情况详细分析，后续会引见。第三节 设备缺点的评定规范2022/7/1617.二、旋转机械的绝对判别规范 振动量是衡量旋转机械设备形状的重要参数。评定机器振动形状的物理量可以是： 振动加速度在航空工业上习惯用振动加速度来评定，因航空构造振动频率较高，且经过加速度丈量可以了解构件所受力的情况。 振动速度对于轴承座，国际上规定用振动烈度振动速度的有效值作为评定的物理量，由于振动烈度反映了振动能量的大小，用振动烈度表示可以从能量观念直接反映振动物体的动强度。

12、振动位移对于地面的旋转机械如汽轮发电机组、紧缩机组等那么以振动位移作为评定的物理量，因用位移量可以更直观、更直接地了解转子的运动情况。第三节 设备缺点的评定规范2022/7/1618.一、丈量信号 第四节 缺点诊断中的信号处置信号或动态数据的处置与分析，是设备缺点诊断的前提和根底。这里所说的信号是指丈量信号，它是对系统的某物理量，如位移、速度、加速度、应力、应变等进展观测获得的数据。这些物理量的共同特点是随时间、空间而变化，它们代表了系统的形状和特征。2022/7/1619.1丈量信号分类 根据丈量信号在时间历程内的变化特征分类如下，这 里“时间是泛指概念，可以表示空间坐标或时、空坐标。 第四

13、节 缺点诊断中的信号处置 动态信号 确定性信号 随机信号 周期信号 非周期信号 平稳信号 非平稳信号简谐 复杂周 准周期 瞬态 各态历 非各态历 调制型非 普通非平稳信号 期信号 信号 信号 经信号 经信号 平稳信号 随机信号 2022/7/1620.周期信号：包括简谐信号和复杂周期信号。表述简谐信号的根本物理量是频率、振幅和初相位；复杂周期信号可借助傅里叶级数展成一系列离散的简谐分量之和，其中任两个分量的频率比都是有理数。非周期信号：包括准周期信号和瞬态信号。准周期信号也是由一些不同离散频率的简谐信号合成的信号，但它不具有周期性，组成它的简谐分量中总有一个分量与另一个分量的频率比为无理数；瞬

14、态信号的时间函数为各种脉冲函数或衰减函数，如有阻尼自在振动的时间历程就是瞬态信号。瞬态信号可借助傅里叶变换而得到确定的延续频谱函数。假设随机信号的概率密度不随时间原点的选取而变化，那么称其为平稳随机信号；反之，称为非平稳随机信号。第四节 缺点诊断中的信号处置2022/7/1621.大多数机械设备的振动信号类型是周期信号、准周期信号和平稳随机信号以及几种不同类型信号的组合。普通在启动或停机过程中的振动信号是平稳的。设备在正常运转中，其表现的周期信号往往淹没在随机信号之中。假设设备缺点程度加剧，那么振动信号中的周期成分加强，从而整台设备振动增大。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从信号

15、中提取周期成分的过程。第四节 缺点诊断中的信号处置2022/7/1622.2简谐信号 振动加速度尖峰 振动速度尖峰 上限平衡位置 时间 下限 物体 周期 振动位移 峰峰值图3-3 弹簧振动 例 机械振动是物体或其一部分沿直线或曲线并经过其平衡位置所作的往复运动。 图3-3所示的弹簧振动是简单机械振动的例子。 第四节 缺点诊断中的信号处置2022/7/1623.振幅AAmplitude 偏离平衡位置的最大间隔，有时也称峰值或单峰值，2A那么称为峰峰值、双峰值或简称双幅。位移、速度和加速度三者都可以这样表达。频率ffrequency 为每秒钟的振动次数，描画振动的快慢，单位为次/秒，即赫兹Hz。

16、f=1/T 圆频率Angular frequency 亦可用于描画振动的快慢，也称角频率，单位为弧度/秒rad/s。 =2f=2/T 周期T 为每振动一次所需的时间，单位为秒s或毫秒ms。初相角Initial phase 描画振动在起始瞬间的形状，单位为弧度rad。 相位phase 表示振动质点的相对位置，是时间的函数，单位为弧度(rad。 =t+ 式中：t时间，s或ms。简谐振动的三要素2022/7/1624.振动位移、速度、加速度之间的关系 位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值依次为A、A、A 2。相位关系：加速度领先速度90; 速度领先位移90。xvaxva2022/7/16

17、25振动位移 (Displacement) : 速度 (Velocity) : 加速度 (Acceleration): .常用的振动时域参数 位移信号 峰峰值。单位为微米m 速度信号 有效值。单位为毫米/秒mm/s 加速度信号 峰值。单位为米/秒平方m/s22022/7/1626第四节 缺点诊断中的信号处置.二、实验数据处置方法 去伪存真、去粗取精、由表及里、由此及彼 1按义务可分为： 预处置 二次处置 最终处置 2按方式可分为： 在线处置On-Line Processing 离线处置Off-Line Processing 3按手段可分为： 模拟式分析 数字式分析在现代缺点诊断系统中广泛采用

18、2022/7/1627第四节 缺点诊断中的信号处置.三、振动信号在频率域中的描画 1傅里叶变换FT 数学算法把一个复杂的函数分解成一系列有限或无限个简单的正弦和余弦波，时域变换成频域，也就是将一个组合振动分解为它的各个频率分量，把各次谐波按其频率大小从低到高陈列起来就成了频谱，这就是傅里叶变换。这一实际根底早在19世纪早期/18世纪晚期由法国著名数学家傅里叶研讨出来。2022/7/1628第四节 缺点诊断中的信号处置. 按照傅里叶变换的原理，任何一个平稳信号不论如何复杂，都可以分解成假设干个谐波分量之和，即式中：A0直流分量，mm； Akcos(2kf0t+k)谐波分量，mm； k=1、2，每

19、个谐波称为k次谐波； Ak谐波分量振幅，mm； f0基波频率，即一次谐波频率，Hz； t时间，s； k谐波分量初相角，rad。2022/7/1629第四节 缺点诊断中的信号处置. 如图3-7所示，假设测得的振动信号x(t)由4个谐波分量组成，那么，经过信号分析可将其分解成1、2、3、4这4个简谐信号，并把时域信号变换至频域信号。 a x(t) a1 a2 1 O t a3 1 2 f1 t a4 2 3 f2 t 3 4 f3 t 4 f4 t f图3-7 傅里叶变换原理图示x(t)综合信号；14谐波分量；14频率分量；f1f4谐波分量的频率；a综合信号幅值；a1a4谐波分量幅值2022/7/

20、1630.2有限傅里叶变换 在工程上只能研讨某一有限时间间隔-T，T上的平均能量功率，也就是仅在-T，T上进展傅里叶变换，称为有限傅里叶变换。3离散傅里叶变换DFT 设有一单位脉冲采样函数0(t)，采样间隔为t，那么对x(t)的离散采样就意味着拿x(t)乘0(t)，然后再对两者的积函数x(nt)进展傅里叶变换，即称为离散傅里叶变换。2022/7/1631第四节 缺点诊断中的信号处置.4快速傅里叶变换FFT 在进展离散傅里叶变换计算时，常省略t和f，进而得到快速傅里叶变换的计算公式。这里需求指出的是，在工程实际中，正是运用它把信号中所包含的各种频率成分分别分解出来，结果得到各种频谱图，这是缺点诊

21、断的有力工具。如今FFT算法的各种典型程序和集成芯片已很成熟，频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成，用时只需选用就可以了。2022/7/1632第四节 缺点诊断中的信号处置.各种振动波形的频谱 称号 波 形 频 谱 称号 波 形 频 谱2022/7/1633第四节 缺点诊断中的信号处置.小 结一设备缺点诊断的内容包括形状监测、分析诊断和缺点预测三个方面。其详细实施过程为信息采集、信号处置、形状识别、诊断决策。设备缺点信息的获取方法包括直接观测法、参数测定法、磨损残渣测定法及设备性能目的的测定。设备缺点的检测方法包括振动和噪声的缺点检测、资料裂纹及缺陷损伤的缺点检测、设备零部

22、件资料的磨损及腐蚀缺点检测及工艺参数变化引起的缺点检测。设备缺点的评定规范常用的有三种判别规范，即绝对判别规范、相对判别规范以及类比判别规范。可用平均法制定相对判别规范。2022/7/1634.小 结二从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从信号中提取周期成分的过程。组成周期成分的简谐振动可用位移、速度和加速度三个参量来表征，每个参量有三个根本要素：即频率、振幅和初相位。实验数据处置的目的就是去伪存真、去粗取精、由表及里、由此及彼的加工过程，提高信噪比，找出客观事物本身的内在规律和客观事物之间的相互关系。振动信号频率分析的数学根底是傅里叶变换；在工程实际中，运用快速傅里叶变换的原理制成频谱仪

23、，这是缺点诊断的有力工具。2022/7/1635.问 题 与 回 答互动时间2022/7/1636.一、单项选择题在备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干中的横线上1光滑油液分析是一种 。A、直接观测法 B、参数测定法 C、磨损残渣测定法 D、设备性能目的测定2以下情况中能产生振动的是 。A、光滑 B、转子与静止部分碰撞 C、冷却 D、密封3ISO7919是一种 。A、绝对判别规范 B、相对判别规范 C、类比判别规范4在ISO7919规范中，振动在 内的机器通常以为是可以接受的，可以无限制地长期运转。A、区域A B、区域B C、区域C D、区域D2022/7/1637.5振动烈度能反映出振动 。A、能量 B、质量 C、变量 D、速度6根据ISO7919和ISO10816规范的准那么二，假设轴承座振动或轴振动的幅值合格，但变化量超越报警限值的 ，不论是振动变大或者变小都要报警。A、10 B、15 C、25 D、307以下参数中，不属