机械故障诊断学培训教程

机械故障诊断学

崔彦平河北科技大学机械电子工程学院办公室：机械楼A508,工程中心北楼A205电话：0311－81668665箱：cuiypkd@163.com第一章绪论第二章信号分析方法及应用第三章故障诊断的标准第四章旋转机械的振动监测与诊断第五章滚动轴承的振动监测和诊断第六章齿轮箱的振动监测与诊断第七章油样分析方法第八章红外检测方法目录1.1基本概念故障的概念

设备故障是指“设备功能失常”，也就是设备不能达到预期的工作状态，无法满足应有的性能、功能。功能失效，机械设备基本功能不能保证；设备偏离正常功能第一章绪论

机械故障诊断主要是研究某一机械设备在运行过程中动态性能的变化规律及其运行状态的识别方法。中国工程院院士屈梁生——诊断是以机械学和信息论为依托，多学科融合的技术，本质是模式识别。医学诊断与故障诊断医学诊断故障诊断原理及特征信息中医：望、闻、问、切西医：望、触、扣、听、嗅听心音、做心电图量体温验血验尿量血压X射线、超声波检测问病史听、摸、看、闻振动与噪声监测温度监测油样分析应力应变测量无损检测查阅技术档案资料通过形貌、声音、温度、颜色、气味的变化来诊断通过振动大小及变化规律观察温度的大小及变化观察化学成分及磨粒形状变化观察压力或应力变化观察内部结构缺陷找规律、查原因、作判断故障的分类按故障性质分类

人为故障自然故障故障率%ⅠⅡⅢ图浴盆曲线Ⅰ——磨合期Ⅱ——正常使用期Ⅲ——耗损期按故障产生的原因分类

先天性故障使用性故障按故障发展速度分类

突发性故障渐进性故障按故障造成的后果分类

轻微故障一般故障严重故障恶性故障状态检测与故障诊断检测缩小故障范围状态检测提取征兆定期检测故障诊断原因分析维修决策趋势分析正常参数开始尚可正常不可异常设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三个方面。其具体实施过程可以归纳为以下四个方面：1、信号采集；2、信号处理（特征提取）；3、状态识别；4、诊断决策。状态检测通过监视和测量设备或部件运行状态信息和特征参数（例如振动、温度、压力等），并以此来判断其状态是否正常。故障诊断不仅要检查出设备是否正常，还要对设备发生故障的部位、产生故障的原因、故障的性质和程度给出深入的分析和判断。状态检测与故障诊断关系没有检测就没有诊断，诊断是目的，检测是手段；检测是诊断的基础和前提，诊断是检测的最终结果。转子事故故预防事故故，保证证人身和和设备安安全1.2故故障诊诊断的意意义和目目的故障诊断断的意义义现实生活活和工业业过程中中恶性事事故时有有发生透平机械械事故现实生活活和工业业过程中中恶性事事故时有有发生水轮机事事故调查委员员会在经经过４个个月的调调查后，，提出长长达２５５６页的的调查报报告。报报告认为为，“挑挑战者””号爆炸炸的原因因是右侧侧助推火火箭存在在问题。。由于航航天飞机机发射时时气温过过低，寒寒冷的天天气对火火箭垫圈圈产生影影响，最最终导致致爆炸。。1９８６６年１月月２８日日“挑战者者”号爆爆炸价值１２２亿美元元的航天天飞机被被炸成碎碎片，７名机组组人员全全部遇难难现实生活活和工业业过程中中恶性事事故时有有发生断裂部位位三峡塔带带机断裂裂事故2002年9月月3日保证设备备精度，，提高产产品质量量事后维修修，故障障维修(Breakdown)设备坏了了后才去去修理。。预防维修修，定期期维修(Preventive)定期地检检查和大大修。预知维修修，视情情维修(Predictive)周期或实实时的监监测，必必要时才才去维修修。推动设备备维修制制度的改改革事后维修修优点：不需要安安排计划划。对一些设设备，更更换比修修理更便便宜。缺点：意外停机机引起生生产损失失。可能引起起设备的的二次损损坏，甚甚至灾难难性事故故。预防维修修优点：减少意外外停机缺点：意外停机机引起生生产损失失过剩维修修导致维维修费用用增加预知维修修优点：减少非计计划停机机损失维修时间间间隔可可以延长长维修费用用大为减减少缺点：需要初始始投资需学习和和培训不同制度度的维修修成本的的比较大型钢铁铁企业提高企业业的经济济效益日本应用用故障诊诊断技术术后，事事故发生生率减少少75%，维修修费用降降低25～50％。英英国对2000个国营营工厂的的调查表表明，采采用状态态监测和和故障诊诊断技术术后，每每年可节节省维修修费用3亿英镑镑，而故故障诊断断系统的的成本为为0.5亿英镑镑。美国1980年年税收总总额$7500亿，，维修费费为$2460亿,估计计其中过过剩维修修费为$750亿。。我国1987年年国营公公交企业业40万万个，固固定资产产￥7000亿亿,维维修费约约为固定定资产的的3～～5％。。300MW发电电机组停停产产一天损损失电720万万kWh，约￥￥144万元30万吨吨化肥装装置停停产一一天损失失化肥1000t，约约￥150万元元三峡2号号水轮机机组700MW停停机4小小时损失失￥400万元元“保证可可靠地、、高效地地发挥设设备应有有的功能能”1、保证证设备发发挥最大大的设计计能力，，制定合合理的检检测维修修制度，，以便在在允许的的条件下下充分挖挖掘设备备潜能，，延长服服役期限限和使用用寿命，，降低设设备全寿寿命周期期费用；；2、能及及时地、、正确地地对各种种异常状状态或故故障状态态作出诊诊断，预预防或消消除故障障，对设设备的运运行进行行必要的的指导，，提高设设备运行行的可靠靠性、安安全性和和有效性性，以期期把故障障损失降降低到最最低水平平；3、通过过检测监监视故障障分析性性能评估估等，为为设备结结构修改改优化设设计合理理制造及及生产过过程提供供数据和和信息。。故障诊断的的目的1.3故故障诊断的的基本方法法按照诊断模模式分★离线分析诊诊断★在线分分析诊断★远程检检测诊断离线分析诊诊断定期或不定定期的巡检检的方式采采集现场数数据，然后后回放到计计算机，由由计算机软软件进行监监测与诊断断分析。特特点：离离线分析，，对突发故故障无能为为力，但可可精细分析析计算机监控箱记录、文件件在线分析诊诊断由传感器及及高速实时时数采硬件件、控制计计算机及监监测分析软软件组成。。特点：在线线监测，可可以给出设设备的当前前状态，捕捕捉突发故故障并进行行及时分析析。。。。。。。。。。。。。。….信号调理信号调理信号调理机组机组现场工控机机….信号调理信号调理信号调理机组机组现场工控机机。。。。。。。。。。。。。….信号调理信号调理信号调理机组机组现场工控机机远程计算机机局域网实时远程监监测充分挖掘和和发挥网络络信息交换换、资源共共享的优点点，充分利利用科研院院所的专家家资源，实实现“移动动的是数据据而不是人人”，在网网络层面上上实现故障障信息的挖挖掘和故障障类型的确确诊。按检测参数数分★振动：适用于旋转转机械、往往复机械、、轴承、齿齿轮等。★温度（（红外）：：适用于工业业炉窑、热热力机械、、电机、电电器等。★声发射射：适用于压力力容器、往往复机械、、轴承、齿齿轮等。★油液（（铁谱）：：适用于齿轮轮箱、设备备润滑系统统、电力变变压器等。。★无损检检测：采用物理化化学方法，，用于关键键零部件的的故障检测测。★压力：：适用于液压压系统、流流体机械、、内燃机和和液力耦合合器等。★强度：：适用于工程程结构、起起重机械、、锻压机械械等。★表面：：适用于设备备关键零部部件表面检检查和管道道内孔检查查等。★工况参参数：适用于流程程工业和生生产线上的的主要设备备等。★电气：：适用于电机机、电器、、输变电设设备、电工工仪表等。。仪器分类：便携式测振振表数据采集器器计算机化监监测系统1.4监监测和诊诊断仪器的的分类和选选用仪器选用原原则：被监测对象象在生产中中的地位生产的规模模和产量预计的投资资设备管理人人员的水平平和素质测振表的外外形和原理理框图阻抗变换前置放大指示选频网络微积分检波主放大电池灵敏度调节传感器输入交流输出

直流输出计算机存贮器打印机屏幕软件放大接口存贮显示时钟电池管理环节传感器数据采集器器计算机及外外部设备数据采集器器外形和工工作框图计算机化的的监测系统统框图最简单的计计算机化监监测系统。。单一计算机机完成数据据采集、管管理、数据据分析、人人机对话等等功能。存贮器打印机屏幕软件适调放大切换装置A/D变换器来自传感器监测仪表计算机监测和诊断断仪器的分分类和选用用1.5故故障诊断技技术的发展展概况★美国最最早，1967年美美国宇航局局倡导成立立了机械故故障预防小小组（“MFPG””）★70年年代英国机机械保健中中心成立，，并用于核核发电、钢钢铁、电力力等诊断★71年年日本开始始发展自己己的TPM（全员生生产维修））：钢铁、、石油、化化工、铁路路★进进而欧欧美许许多国国家都都在重重视发发展。。如瑞瑞典SPM轴承承监测测、挪挪威船船舶诊诊断、、丹麦麦B&K的的振动动与声声发射射诊断断★1979年机机械工工业部部在长长春举举办设设备科科长学学习班班★1983年在在南京京举办办首届届设备备诊断断技术术专题题座谈谈会天津大大学：：1982年年起研研究齿齿轮传传动、、轴承承、齿齿轮箱箱、切切削过过程等等方面面的诊诊断与与监控控技术术华中理理工大大学：：汽轮发发电机机组诊诊断专专家系系统、、钢丝丝绳诊诊断系系统西安交交通大大学：：旋转机机械故故障诊诊断RB——20，用用于炼炼油行行业国防科科技大大学：：望远号号远洋洋考察察船的的在线线监控控与故故障诊诊断系系统哈尔滨滨工业业大学学：20万万KW汽轮轮发电电机组组诊断断★分布式式、网网络化化监测测代替替集中中监测测。★实时的的在线线监测测替代代定期期监测测和巡巡回监监测。