设备状态监测与故障诊断技术-林英志课件 02-设备故障诊断的基本概念

设备状态监测与故障诊断技术主讲人：林英志第二章设备故障诊断的基本概念学习目标：通过本章的学习，了解设备故障诊断的一些基本概念和基本方法，明确设备故障诊断的重要目标——状态维修。要求掌握设备与设备故障的基本概念，全面、深入了解设备故障的概念、原因、机理、类型、模式、特性、分析及管理；了解设备故障诊断的基本方法和分类，使学生对设备故障诊断方法有一个框架性的认识；熟知设备维修方式的发展与状态维修，认识设备故障诊断技术与状态维修的“因果”关系。第一节设备与设备故障一、设备的系统构成从系统论的观点，设备是由有限个“元素”，通过元素之间的“联系”，按照一定的规律聚合而构成的。系统中的“元素”与“元素间的联系”这一总体称为系统的“构造”。二、故障概念设备的故障，是指系统的构造处于不正常状态，并可导致设备相应的功能失调，致使设备相应行为（输出）超过允许范围，这种不正常状态称为故障状态。三、故障原因与故障机理故障原因是指引起故障模式的故障机理。在应力和时间等条件下，导致发生故障的物理、化学、生物或机械过程，称为故障机理。如蠕变、腐蚀、磨损、冲击、疲劳、受热等。四、故障类型和故障模式⑴工程上有两种不同性质的故障等级：暂时性故障（间断性故障）永久性故障⑵按故障与时间的关系和有无发展过程分：突发性故障

渐发性故障⑶按故障严重程度和危险性分：破坏性故障（危险性故障）非破坏性故障（安全性故障）⑷按故障原因分：外因故障内因故障

⑸按故障相关性分：相关故障（间接故障）非相关故障（直接故障）⑹按故障发生的时期分：早期故障使用期故障后期故障（耗散期故障）“浴盆”曲线（Bath-tubCurve）

早期使用期后期故障率⑺按故障的发生、发展规律性分随机故障有规则故障⑻按故障的表现形式分结构型故障（如裂纹、磨损、腐蚀、配合松动等）

参数型故障（如共振、流体涡动、过热等）对故障进行分类的目的是为了弄清不同的故障性质，从而采取相应的诊断方法。当然，人们特别关心的是破坏性的或危险性的、突发性的、全局性的故障，以便及早采取措施，防止灾难性事故的发生。故障模式是故障现象的一种表征，相当于医学上的疾病症状。五、设备故障的基本特性层次性传播性放射性相关性延时性不确定性六、故障管理做好宣传教育工作，调动全员参加故障管理工作。从基础工作抓起，紧密结合生产要求和设备现状，确定设备故障管理的重点。作好设备的故障记录，填好原始凭证，以保证信息的及时性、准确性。进行故障的统计、整理和分析。采用监测仪器和诊断技术，对重点设备的重点部位进行有计划的监督活动，以发现故障的征兆和信息。针对故障的原因、类型，不同设备的特点采取不同的对策，建立适合本企业的设备维修管理制度。建立故障查找逻辑程序。第二节设备故障诊断的基本方法和分类一、设备故障诊断的基本方法1．传统的故障诊断方法首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法。2．故障的智能诊断方法人工智能、专家系统

3．故障诊断的数学方法基于模式识别的诊断方法，基于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法，以及神经网络、小波变换、分形几何等二、设备故障诊断的分类1．按诊断对象分类★

旋转机械诊断技术★

往复机械诊断技术

★

工程结构诊断技术★

运载器和装置诊断技术★

通迅系统诊断技术★

工艺流程诊断技术2．按诊断参数分类

★

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。★

声学：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。★光学：适用于探测腔室和管道内部的缺陷。如光学探伤法。★油液（污染）：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。★表面形貌：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。★电参数：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。3．按诊断的目的和要求分类★

功能诊断与运行诊断

★

定期诊断和连续诊断★

直接诊断和间接诊断★

常规工况与特殊工况诊断★

在线诊断和离线诊断振动监测手段的分类和选用状态监测（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4．按诊断方法的完善程度分类一、设备维修方式的发展

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，状态维修

(Predictive)

周期的监测，需要时才去维修。第三节设备维修方式的发展与状态维修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。灾难性的设备事故。库存备件投资多。引起设备的二次损坏。定义优点缺点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。定义优点缺点状态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。减少非计划停机损失。维修时间间隔可以延长。非必要维修减到最少。备件库存最小。需要初始投资。需学习和培训。定义优点缺点状态维修方式

定期监测点修理点提出修理计划点被监测参量时间状态检测：三、五、七东风汽车公司二、实施设备状态维修的指导思想1．建立适合本企业特点的管理体制状态检测三必测：固定周期必测修前修后必测工艺变更必测状态检测五确保：确保测量数据准确（含测点正确，测量正确，测量过程正确）。确保数据分析正确，数据归档及时。确保会用会管仪器。确保报表及时正确。确保信息传递及时。状态检测七固定：固定专人测量。固定监测设备。固定监测点。固定监测参数。固定检测仪器。固定测量周期。固定判定标准。中石化仪征化纤公司原涤纶二厂

管理体制“一会”、“二级”、“三定”“一会”即定期召开状态监测例会，除相互通报状态监测及维修情况外，还特别以“诸葛亮会”的形式对故障信息进行会诊，以便对设备运行状况作出客观正确的评价，从而为状态维修提供依据。另外，针对紧急故障，不定期召开现场急诊会，及时解决问题。“二级”

实行厂、车间二级管理，并建立相应组织网络，网上人员明确分工，紧密配合。“三定”定期、定点、定人对关键设备的重点部位进行状态监测与分析。2．实行科学严谨的工作方法人机器电脑测振仪四位一体“Where”──故障部位“What”──什么故障“Why”──故障原因“When”──故障时间四“Ｗ”一“H”“How”──故障程度

采集数据设置巡检路线在具体实践中，可以综合运用比较法：一方面，通过对同类设备的同样部位进行测量，运用横向比较的方法分析问题；一方面，通过在不同日期进行测量，运用纵向比较的方法分析问题；一方面，就不同的测点方向（水平、径向、轴向）、参数（位移、速度、加速度、峰值能量）进行比较分析；一方面，从几种典型故障如不平衡、不对中、松动、齿轮故障、轴承故障等所表现出的不同频谱特征作出更加细致的判断。工作途径确定诊断范围

建立监测数据库了解诊断对象

确定诊断方案

回放数据分析数据判断故障作出诊断决策择时检修检查验证3．及时研究新情况，解决新问题，总结新经验，实现资源共享

以中国石化仪征化纤股份有限公司为例进行说明。在长期的生产实践中，技术人员亲身经历和耳闻目睹了大量故障实例的监测、分析、判断和处理过程，逐步摸索出了对一些典型案例的判断、处理方法，这为今后工作的进一步开展打下了良好的基础和积累了宝贵的经验。只要继续持之以恒地做到及时研究新情况，解决新问题，总结新经验，那么，该公司《机器设备振动判别标准》的诞生就一定指日可待。由于状态监测工作实行计算机管理，振动频谱图分析、状态趋势图分析、按月数据备份和故障诊断处理资料的归档等各项工作均是由计算机来完成，这也给实现资源共享提供了便利的条件，状态监测傻瓜包的开发并非遥不可及的梦想。4．循序渐进推行设备状态维修设备状态维修被誉为维修技术的一次重大革命，其优点和经济性主要表现在：可以防患于未然，最大限度地减少突发故障，保证设备经常处于良好的技术状态，稳定产品产量，并提高产品质量；这样做能充分掌握维修活动的主动权，便于对整条生产线的装置设备进行整体考虑，并且可以和生产计划协调安排；便于做好各项修前准备，保证备品备件的及时供应，并可避免不合理库存的产生；可以避免过剩的维修，提高设备的可利用率，充分发挥零件的最大寿命；节约能源，避免不必要的浪费；能够合理地安排维修人员，并为维修社会化改革和进一步减员增效打下基础。以仪化公司为例，在具体工作中，我们可以采取如下循序渐进的方式：

先辅助厂，后主体厂先辅助装置，后主装置先简单设备，后复杂设备先一般设备，后主要、关键设备和大机组先间歇制工作设备（如涤纶短纤维后处理装置及所有有备台可以切换的设备），后连续制工作设备（如聚酯装置和短纤前纺装置）先有成熟判断标准的设备，后仍处于经验探索阶段的设备最终全面实行状态维修小结（一）从系统论的观点，设备是由有限个“元素”，通过元素之间的“联系”，按照一定的规律聚合而构成的。设备的故障，是指系统的构造处于不正常状态，并可导致设备相应的功能失调，致使设备相应行为（输出）超过允许范围，这种不正常状态称为故障状态。理解故障原因、故障机理、故障模式、故障分析等概念。设备故障具有层次性、传播性、放射性、相关性、延时性、不确定性等基本特性。对故障进行分类的目的是为了弄清不同的故障性质，从而采取相应的诊断方法。小结（二）设备故障诊断的基本方法包括传统的故障诊断方法、故障的智能诊断方法和故障诊断的数学方法。设备故障诊断的分类根据诊断对象、诊断参数、诊断的目的和要求、诊断方法的完善程度等不同可以有各种分类方法。我国的维修体制也在发生着深刻而巨大的变化，已从早期的事后维修和实施多年的定期预防维修开始进入现代的预知性的视情（状态）维修。实施设备状态维修的指导思想。问题与回答互动时间一、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．在应力和时间等条件下，导致发生故障的物理、化学、生物或机械过程，称为

。A、故障状态B、故障机理C、故障类型D、故障模式2．设备故障的基本特性不包括

。A、层次性B、放射性C、延时性D、确定性3．传统的故障诊断方法不包括

。A、振动诊断B、温度诊断C、专家系统D、电参数诊断4．不属于故障诊断数学方法的是

。A、故障树分析B、人工智能C、小波变换D、分形几何5．设备故障诊断按

分类，有旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、运载器和装置诊断技术等。A、诊断对象B、诊断参数C、诊断的目的和要求D、诊断方法的完善程度6．

是目前所有故障诊断技术中应用最广泛也是最成功的诊断方法。A、振动诊断B、温度诊断C、声学诊断D、光学诊断7．对于简单低值、利用率低、维修性好或修理不复杂且出现故障停机不影响生产大局的设备，维修经济性最好的维修方式是

；在现代化大生产中，最应提倡的维修方式是

。A、事后维修B、定期维修C、状态维修8．设备状态维修被誉为维修技术的一次重大革命，其优点和经济性不包括

。A、防止失修B、防止过修C、做好修前准备D、零件实现最大寿命二、判断题（在括号内选择打“√”或“×”）

1．永久性故障无需经过更换或修复便能消除故障。（）2．渐发性故障可转化为突发性故障。（）3．破坏性故障既是突发性又是永久性的。（）4．磨损性故障、错用性故障均属于外因故障。（）5．设备处于使用期故障阶段时，故障率最高。（）6．磨损既是故障机理，又是故障模式。