状态监测和故障诊断绪论

（优选）状态监测和故障诊断绪论现在是1页\一共有67页\编辑于星期一在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。1、什么是状态监测和故障诊断？是防止事故和计划外停机的有效手段。是设备维修的发展方向。现在是2页\一共有67页\编辑于星期一机械故障诊断是一种了解和掌握机器在运行过程的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。油液监测、振动监测、噪声监测、性能趋势分析和无损探伤等为其主要的诊断技术方式。现在是3页\一共有67页\编辑于星期一2.1故障的含义及类型

1故障的含义故障——机械设备在运行过程中，丧失或降低其规定的功能及不能继续运行的现象。

2、机械故障概论

2故障的类型故障可以不同角度分：如1）临时性故障2）永久性故障按故障发生的时间分有以下几种：1）早发性故障2）突发性故障3）渐进性故障4）复合型故障按故障表现形式分有：

1）功能故障2）潜在故障按故障产生的原因分有：1）人为故障2）自然故障现在是4页\一共有67页\编辑于星期一按故障造成的后果分有：

1）致命故障2）严重故障

3）一般故障4）轻度故障故障通常采取几种分类法复合并用，如突发性的局部故障；磨损性的危险故障等。由此看出故障的复杂性；严重性和起因等情况。2.2故障的特点与故障管理

1故障的特点1）多样性2）层次性3）多因素和相关性4）延时性5）不确定性6）修复性

2故障管理故障管理是设备管理的核心内容之一。其目的在于早期发现故障征兆，及时采取措施进行预防和维修。

故障管理的程序和内容包括：1、宣传教育和技术培训相结合。2、制定严格的管理制度和维护保养制度。3、熟悉机械设备结构和工作原理，掌握工作性能。现在是5页\一共有67页\编辑于星期一

4、配置先进的检查、检测和监测设备，对重要设备和零部件进行实时监测，定期分析，准确掌握设备故障的信息和征兆。5、根据故障现象和信息及征兆，进行认真科学地分析，确定故障原因、类型、采取最佳的维修策略和维修方案，及时维修过程进行记录。提供后期统计和借鉴。6、对常发生或多次重复出现的故障的部位或零件，要重点监测，必要时对其进行系统技术改造。建立故障信息管理流程图。2.3影响故障产生的主要因素（一）制造和修理因素对故障的影响1、零件材料的选择

2、零件加工质量3、装配质量（二）使用因素对故障的影响1、工作负荷

2、工作环境

3、设备保养和操作技术返回现在是6页\一共有67页\编辑于星期一3、简易诊断和精密诊断状态监测（简易诊断）内容：识别有无故障明确故障严重程度作出故障趋势分析由设备维修人员在现场进行故障诊断（精密诊断）

内容：确定故障部位确定故障原因提出维修建议由设备诊断人员在现场或中心进行现在是7页\一共有67页\编辑于星期一状态监测和故障诊断的过程检测缩小故障范围状态判别搜集征兆定期检测故障定位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现在是8页\一共有67页\编辑于星期一状态监测和故障诊断的作用

监测与保护

监测机器工作状态。发现故障及时报警，并隔离故障。分析与诊断

判断故障性质、程度和部位。分析故障原因。处理与预防

给出消除故障的措施。防止发生同类故障。现在是9页\一共有67页\编辑于星期一4、设备维修制度的发展事后维修，故障维修

(Breakdown)

设备坏了后才去修理。定期维修，预防维修

(Preventive)

定期地检查和大修。预测维修，视情维修

(Predictive)

周期的监测，必要时才去维修。现在是10页\一共有67页\编辑于星期一事后维修体制设备运行到坏了再进行修理。不需要安排计划。对一些设备，更换比修理更便宜。意外停机引起生产损失。可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库存备件投资多。定义优点缺点现在是11页\一共有67页\编辑于星期一定期维修体制按预订的时间间隔或检修周期，对设备作维修、调整和更换备件。机器寿命较长。减少意外停机。备件库存较少。意外停机引起生产损失。过剩维修导致维修费用增加。过剩维修引起人为维修故障。定义优点缺点现在是12页\一共有67页\编辑于星期一预测维修体制有计划地对设备作检查和测试，以确定其健康状态，必要时才进行维修。减少非计划停机损失。维修时间间隔可以延长。维修费用大为减少。备件库存最小。需要初始投资。需学习和培训。定义优点缺点现在是13页\一共有67页\编辑于星期一不同制度的维修成本的比较大型钢铁企业现在是14页\一共有67页\编辑于星期一维修费用化了多少？美国1980年税收总额$7500亿，维修费为$2460亿,估计其中过剩维修费为$750亿。我国1987年国营公交企业40万个，固定资产￥7000亿,维修费约为固定资产的3～5％。我国2002年规模以上企业共有固定资产￥8800万亿，维修费有多少？能节省多少？现在是15页\一共有67页\编辑于星期一停产一天的损失有多大？300MW发电机组损失电720万kWh，约￥144万元30万吨化肥装置损失化肥1000t，约￥150万元三峡2号水轮机组700MW停机4小时损失￥400万元现在是16页\一共有67页\编辑于星期一先进维修制度的作用保证机器精度，提高产品质量

减少意外停车引起的生产损失防止事故，杜绝灾难性故障减少维修时间和维修费用（人力和财力）改善环境，改善企业形象投资获得最大和最长远的回报现在是17页\一共有67页\编辑于星期一5、监测和诊断的各种手段★

振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。★温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。★

声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。★油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。★无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。★压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。★强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。★表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。★工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。★电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。现在是18页\一共有67页\编辑于星期一分析技术可用于机械状态监测与故障诊断的信号有振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测探伤为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广、理论基础最为雄厚、研究得最为充分。目前，在振动信号的分析处理方面，除了经典的统计分析、时频域分析、时序模型分析、参数辨识外，近来又发展了频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析、三维全息谱分析、轴心轨迹分析以及基于非平稳信号假设的短时傅里叶变换、Winger分布和小波变换等。而当代人工智能的研究成果为机械故障诊断注入了新的活力，故障诊断的专家系统不仅在理论上得到了相当的发展，且己有成功的应用实例，作为人工智能的一个重要分支，人工神经网络的研究己成为机械故障诊断领域的一个最新研究热点。现在是19页\一共有67页\编辑于星期一仪器分类：便携式测振表数据采集器表盘式的监测系统计算机化监测系统监测和诊断仪器的分类和选用仪器选用原则：

被监测对象在生产中的地位生产的规模和产量预计的投资设备管理人员的水平和素质现在是20页\一共有67页\编辑于星期一监测和诊断仪器的分类和选用现在是21页\一共有67页\编辑于星期一测振表的外形和原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

直流输出现在是22页\一共有67页\编辑于星期一测振表现在是23页\一共有67页\编辑于星期一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计算机及外部设备数据采集器的外形和工作框图现在是24页\一共有67页\编辑于星期一现在是25页\一共有67页\编辑于星期一数据采集器现在是26页\一共有67页\编辑于星期一数据采集器的工作流程主菜单趋势分析显示和打印调用存储数据趋势分析和谱趋势分析巡检准备输入组态信息清除内存出发巡检校对时钟数据处理下载数据数据比较巡检报表频谱分析频谱图轨迹图显示和打印轨迹分析定巡检路线新开巡检组定设备和测点定测量参数更改测量参数增减设备和测点增减巡检组组态打印组态表现在是27页\一共有67页\编辑于星期一典型的表盘式监测系统双通道振动表推力瓦位和瓦温表振动传感器在瓦盖上水泵的监测系统现在是28页\一共有67页\编辑于星期一现在是29页\一共有67页\编辑于星期一现在是30页\一共有67页\编辑于星期一现在是31页\一共有67页\编辑于星期一现在是32页\一共有67页\编辑于星期一典型的表盘式监测系统前置器双通道轴位表推力瓦温表键相信号双通道轴振表径向瓦温表键相传感器90度布置的两涡流传感器推力瓦温传感器径向瓦温传感器轴向位置传感器报警信号输出离心压缩机监测系统现在是33页\一共有67页\编辑于星期一计算机化的监测系统框图最简单的计算机化监测系统。单一计算机完成数据采集、管理、数据分析、人机对话等功能。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现在是34页\一共有67页\编辑于星期一现在是35页\一共有67页\编辑于星期一汽轮发电机组的监测系统框图下位机分析处理联网显示存贮人机对话通讯适调放大适调放大限幅整形光电隔离光电隔离光电隔离同步采样采样上位机振动信号（快变）温度、压力信号（慢变）键相信号现在是36页\一共有67页\编辑于星期一现在是37页\一共有67页\编辑于星期一现在是38页\一共有67页\编辑于星期一现在是39页\一共有67页\编辑于星期一故障诊断的专家系统框图专家系统是一个故障诊断的专用程序。用户可以把其中积累的诊断专家的知识用于诊断工作。结果及解释征兆事实库知识获取征兆获取推理机诊断知识库设备参数库工作存贮器人机对话故障对策传感器信号领域专家用户现在是40页\一共有67页\编辑于星期一专家系统现在是41页\一共有67页\编辑于星期一现在是42页\一共有67页\编辑于星期一6、精密诊断的方法频谱分析法趋势分析法通频值趋势分析、频谱趋势分析时域分析法

波形分析、相关函数分析倒频谱分析法模态分析法随机减量法其他数学方法模式识别法模糊诊断法故障树诊断法神经网络法小波分析法灰色系统法分形几何法现在是43页\一共有67页\编辑于星期一精密诊断最常用的方法频谱分析法

每种故障有其对应的特征频率。据此确定机器的故障性质和严重程度。趋势分析法、频谱趋势分析法

根据劣化曲线，振动的通频幅值(特征频率幅值)随故障的发展而增大。据此监视机器的健康状态，并推测其寿命。现在是44页\一共有67页\编辑于星期一转动机械常见故障的频率特征强迫振动类故障自激振动类故障R:

转动频率现在是45页\一共有67页\编辑于星期一转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小现在是46页\一共有67页\编辑于星期一转子不平衡的类型现在是47页\一共有67页\编辑于星期一转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。轴心轨迹成香蕉形或8字形。轴向振动一般较大。本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率现在是48页\一共有67页\编辑于星期一转子不对中的类型正确对中

e=0,

=0平行不对中

e0,=0角度不对中

e=0,0综合不对中

e0,0现在是49页\一共有67页\编辑于星期一不同联轴节的情况联轴节类型不对中形式振动特征刚性联轴节平行不对中有2X成分角度不对中轴向振动1X成分大轴向振动大，有2X及高次谐波齿式联轴节径向振动可能有2X、3X、4X…联轴节两侧振动的相位常相反膜片联轴节有nX成分（n为螺钉数）现在是50页\一共有67页\编辑于星期一转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。谱图中噪声水平高。出现精确的倍频2X，3X…等成分。松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高现在是51页\一共有67页\编辑于星期一松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱松动时的频谱

出现0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等频率成分现在是52页\一共有67页\编辑于星期一D

—节圆直径d—滚珠直径—接触角z—滚珠数R—轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环现在是53页\一共有67页\编辑于星期一滚动轴承故障的频谱轴承每一种零件有其特殊的故障频率。随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波；谐波两边产生边频。还可用非频率域的诊断方法，如共振解调。电机离心泵PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波现在是54页\一共有67页\编辑于星期一带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk现在是55页\一共有67页\编辑于星期一带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0246810121416FrequencyinorderDisplacementinmpktopk12.510.07.55.02.50现在是56页\一共有67页\编辑于星期一齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X现在是57页\一共有67页\编辑于星期一趋势分析法的理论根据监视机器的劣化过程预测机器的失效时间正常使用期耗损期磨合期故障率时间“浴盆曲线”停机日期报警日期故障征兆时间劣化曲线报警值危险值现在是58页\一共有67页\编辑于星期一趋势分析法通频值趋势分析

简单易行不易发现早期故障频谱趋势分析

能早期发现齿轮、轴承等早期故障能较快判定故障的部位现在是59页\一共有67页\编辑于星期一通频值趋势分析报警值危险值停机日期报警日期现在是60页\一共有67页\编辑于星期一确定报警值和危险值的方法绝对法根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等，如：ISO，GB，API等。相对法以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。类比法与同类机器的振动值作比较。现在是61页\一共有67页\编辑于星期一

转机振动标准举例(轴承振动)

ISO2372，ISO3945

振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围10～1000HzI级：小型机械例15kW以下电机II级：中型机械例15～75