故障诊断思考题答案

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过程装备检测与诊断思考题答案

1.故障诊断技术的基本体系？2.定期维修优缺点(p6--p7)

1.机械故障诊断的特性？(p2--p4)

2.开展机械故障诊断技术的社会和经济意义？(p4--p6)3.故障诊断技术的发展方向？

1.过程装备故障的主要分类？

2.常见的故障监测技术有哪些？(p13--p16)

3.浴盆曲线的特点是什么？

1常用设备故障状态的识别方法?

答：（1）信息比较诊断法（2）参数变化诊断法（3）模拟试验诊断法（4）函数诊断法（5）故障树分析诊断法（6）模糊诊断法（7）神经网络诊断法。2故障树分析法是如何定义的?

答：故障树分析法简称FTA，它是以研究系统中最不希望发生的故障状态（结果）出发，依照一定的规律关系从总体到部件一层层地进行逐级细化，推理分析故障形成的原因，最终确定故障发生的最初基本原因、影响程度和发生概率。3模糊诊断的具体过程是什么?

答：就是对故障征兆所给的数据，组成征兆向量A的隶属函数μA(B),用经验、统计或试验数据建立故障征兆和故障原因之间的模糊关系矩阵R，然后通过模糊关系矩阵方程和规律运算求得故障原因B。

4试定义能量信号、功率信号、时限和频限信号?

答：（1）在所探讨的区间（—∞，∞），若信号函数x（t）平方可积，则W为有限值，这种信号称为能量信号；（2）大量信号在区间（—∞，∞）内能量不是有限值，而平均功率P是不等于零的有限值，这种信号称为功率信号；（3）时域有限信号是在有限时间区间（t1,t2)内有定义，而在区间外恒等于零；频域有限信号是指信号经过傅里叶变换，在频域内占据一定带宽（f1,f2），在带宽外恒等于零。5常见的故障监测技术

答：（1）故障信号监测诊断技术（2）声信号监测诊断技术（a声音监听法，b声谱分析法，c声强法）（3）温度信号监测诊断技术（4）润滑油的分析诊断技术（5）其他无损检测诊断技术。

6专家系统故障诊断方法

答：一、基于规则的诊断推理：包括正向推理、反向推理、和混合推理

二、基于模型的诊断推理三、基于案例的诊断推理四、不确切推理7盆浴曲线的特点

浴缸曲线是指产品从投入到报废为止的整个寿命周期内，其可靠性的变化浮现一定的规律。假使取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴缸，所以称为“浴缸曲线〞。

浴缸曲线实践证明大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴缸曲线，曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期故障期，偶然故障期，严重故障期。

2.什么是相关函数？相关函数有什么性质？主要用途有哪些？

假使所研究的随机变量x,y是一个与时间有关的函数，即x(t)与y(t)，令两个信号之间产生时差?，就可以研究两个信号在时差中的相关性，因此相关函数的定义为：

Rxy(?)??x(t)y(t??)dt????

Ryx(?)??y(t)x(t??)dt??相关函数的性质：

1、自相关函数是?的偶函数，即Rx(?)?Rx(??)

2、当??0时，自相关函数有最大值

3、周期信号的自相关函数仍是同频率的周期信号，但不保存原信号的相位信息4、两周期的相互关函数仍是同频率的周期信号，且保存了原信号的相位信息5、两个非同频率的周期信号互不相关

6、随机信号的自相关函数随?增大快速衰减。主要用途：

自相关分析的主要应用：用来检测混淆在干扰信号中的确定性周期信号成分。相互关分析的主要应用：滞后时间确定、信号源定位、测速、测距离。3.设一信号x(t),x(t)?A1cos(?1t??1)?A2cos(?2t??2),求该信号的自相关函数。自相关函数为：Rx(?)?11A1sin(?1?)?A2sin(?2?)224.已知信号的自相关函数Rx(?)?Acos(??)，求出该信号的均方值和均方根值。

x(t)?2Asin(?t??)均方值?2x1(t)?lim?TT??T0x(t)dt?22A2?

5.故障诊断技术应用的主要里领域？

国内故障技术的应用是20世纪80年代初开始，首先由部分高等院校和位开展设备诊断技术的技术交流，理论研究和实际应用。随后爱一些大型企业内相继建立起状态监测与故障诊断的组织机构，对关键设备配置多种检测与诊断仪器或系统，多种多样的监测仪器和诊断系统为设备故障诊断技术的开展提供了强有力的手段。故障诊断技术在企业内的推广应用，使企业收到明显的经济效益，一些大型的流程工业，大修间隔时间大大延长，而设备的故障率却明显下降。已有不少企业的关键设备能够达到长周期，满负荷运行。

6.影响设备故障诊断成功率的主要因素？

设备故障的类型从表现形式看主要分为结构损伤性故障和运动状态劣化性故障两大类。

结构损伤性故障主要形式有裂纹，磨损，腐蚀，变形，段裂，剥落和烧伤引起运动状态劣化性故障振动的原因有以下几点：（1）机械位置不良（2）刚性不足（3）摩擦（4）流体激振

（5）非线性的谐波共振

1.设备故障的成功率主要取决于哪些因素？（1）是否具有足够的有用的信息（2）具备多方面的诊断知识

1.周期信号形成的幅值谱所具有的性质？

1谐波性，各次谐波比为有理数，即周期信号可以用有限或无限多个频率为基频整数倍的谐波信号来表示;2离散性，即幅值是一条条离散的谱线；3.收敛性，即各次谐波分量随频率增加而衰减。

2.何谓采样定理了，为什么在进行时域分析时，对数据采样要满足采样定理？

采样定理：采样频最小必需大于或等于信号中最高频率的两倍。原因：当采样频率max大于信号中最高频率的两倍时，即max>=，则采样之后的数字信号完整的保存了原始信号中的信息，一般取2.56~4倍的信号最大频率；进行频率分析时，为了避免混叠，所以对数据采样要满足采样定理。

3.试证明维纳—辛钦公式，即平稳随机过程的功率谱与自相关函数是一傅里叶变换偶对？P41页最上面

4,设一随机信号x(t)的自功率谱密度函数为Sx(f),输入到系统Hs=1/(ts+1)中，试求系统输出y（t）的自功率谱密度函数为Sx(f),及输入输出的互功率谱函数为Sxy(f)?P40自功率谱密度的公式和P41的互功率谱密度的公式。1.是定义能量信号，功率信号，时限和频域信号？

答：（1）能量信号：简单定义是假使信号的能量是有限的，则称为有限能量信号，简称能量信号。

详细解释是设一个信号的时间函数表达为，则定义

为该函数的能量。若该函数的能量是一个有限值，则称该函数为能量有限信号。（2）假使信号的功率是有限的，则称为功率有限信号，简称功率信号。功率信号：平均功率大于零且有限的信号其平均功率可定义为：

（3）时限：时限有限信号是在有限时间区间?t1,t2?内有定义，而在区间外恒等于零。例如，矩形脉冲，三角脉冲，余弦脉冲等。而周期信号，指数衰减过程，随机过程等，称为时域无限信号。

2.什么是相关函数？相关函数有什么性质？主要用途有哪些？（1）P34（2）相关函数下面的第一段

（2）性质：性质1：平稳过程的均方值可由自相关函数得到性质2：相关函数具有对称性性质3：Rx(?)?Rx(0)

（3）应用：相关函数为工程应用提供了重要信息，特别是对于在噪声背景下提取有用信息，更显示了它的实用价值。

3、故障诊断技术的主要应用领域？

答：化工、石化、电力、钢铁和航空部门等。

1、旋转机械振动检测经常用到的信号处理图形有哪些？

答：轴心轨迹图、转子振型曲线、轴颈中心位置图、波特图、极坐标图、三维坐标图、全息瀑布图、相位分析等。

2、由波特图可以得到有关转子系统的哪些基本特征？

1.转子系统在各种转速下的振幅和相位2.转子系统的临界转速3.转子系统的阻尼大小

4转子在升速和降速过程中是否还有其它部件发生共振5.对比系统在不同时段的波特图，可以判断是否存在动静摩擦或热弯曲等故障。3.极坐标图所具有的主要优点？p47下面，和p48上面。

5.为什么要对信号进行时域分析，主要用于何处？

时域信号是信号对时间的函数，因此在时间域内对其进行定量和定性的描述与分析，是一种最基本的信号分析方法，这种方法直观简便，物理概念强，易于理解。主要用于，1，时域分解。2，信号的时域统计。3，时域相关分析6.短时傅里叶变换的分析过程？

把信号划分为大量小的时间间隔，在每个时间间隔内，信号接近平稳，然后用傅里叶变换分析每一时间间隔内的信号，以便确定在那个时间间隔内信号的频谱，最终将这些频谱按时间的先后顺序排列起来，就形成了短时傅里叶变换的三维谱图.7.小波变换的基本思想?

小波变换的基本思想是去寻觅或构造一族特定都得正交函数，然后用这一族称为小波函数的特定函数

去表示或迫近一个信号。

8.多分辩分析和小波分析的特点及应用价值？

多分辩分析可以对信号进行有效的时频分解，但由于其尺度是按二进制变化的，所以在高频段其频率分辩率较差，而在低频段其时间分辩率较差，即对信号的频带进行指数等间隔划分；小波包能够为信号提供一种更加精细的分析方法，它将频带进行多层次划分，对多分辩分析中没有细分的高频部分进一步分解，并能够根据分析信号的特征，自适应的选择相应频带，使之与信号频谱相匹配，从而提高时频分辩率；因此小波包具有更广泛的应用价值。1,我国的故障维修制度？预知性维修的优点？

我国的故障维修长期以来学习原苏联模式，采用定期维修方式。预知性维修的优点：1，减少突发性事故，保证设备安全和产品质量，降低设备维修费用；2，减少停机时间，降低停产损失。3，延长检修周期，增加产品年产量。4，采用预知性维修方式，免除过剩维修，延长了设备和零部件使用寿命。5，减少购置设备和备品备件费用，俭约维修工时，备件消耗和原材料消耗。

2，旋转机械振动监测经常用到的信号处理图形有哪些？

时域分析，频域分析，波特图，极坐标图，轴心轨迹图，轴颈中心位置图，相位分析。3，全息谱技术的主要特点及功用？

全息谱技术实质上是多传感器信息融合在大机组检测和诊断中的一种表达。它是在FFT算法基础上，通过内插技术，确切求得按各种方式采集的振动方式的幅值，频率，相位值，然后将转子截面水平和垂直方向上的振动进行合成，用不同频率分量下合成的一系列轴心轨迹（寻常是椭圆）来刻画转子的振动状况。3.1.1研究旋转机械故障诊断的目的

研究旋转机械的故障机理，了解它们的故障类型和信息特征，熟悉故障诊断和处理方法，从中积累知识和经验。

3.1.2发生不平衡振动时，其主要特征为何？

1、主要引起转子和轴承径向振动，在转子径向测点上得到的频谱图，转速频率成分具有突出的峰值；2、单纯的不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值很低，因此在时域的波形是一个正弦波；3、转子的轴心轨迹形状基本上为一个圆或椭圆；4、转子的进动方向为同步正进动；5、除了悬臂梁转子以外，对于普通两端支撑的转子，不平衡在轴向上的振幅一般不明显；6、转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降。3.1.3转子平衡状态被破坏有哪些故障类型？

1、转子上零件碎裂或飞离2、固体杂质在叶轮上沉积3、叶轮除锈后产生的不平衡4、轴上零件松动

3.1.4何为定向振动，与不平衡振动故障的主要差异鉴别内容振动频率相互垂直的两个方向相位差轴心轨迹现状故障原因不平衡振动转速频率接近90度圆或椭圆定向振动转速频率接近0度或180度某一方向上近似一条直线转子固有不平衡，转子弯曲，机体变形，皮带轮或齿轮偏转子平衡状态破坏等心，机座松动，基础共振等3.2.1引起转子不对中故障的原因有哪些？1、初始安装对中超差2、冷态对中时没有正确估计各转子中心线的热态增高量，工作中出现主动转子与从动转子对中不良3、轴承架热膨胀不均匀4、管道力作用5、机壳变形或移位6、地基不均匀下沉7、基础变形、转子弯曲，同时产生不对中。3.2.2转子不对中故障的主要特征表现为何？

1、改变了轴承中的油膜压力2、轴承的振动幅值随转子的负荷增大而增高3、平行不对中主要引起径向振动，角度不对中主要引起轴向振动4、不对中使刚性联轴节两侧的转子产生相位差5、从振动频率上分析不同类型的转子和不同形式的不对中状况引起的振动哦你律师不同的6、大型涡轮机械上多跨转子的不对中，一般是由于伴随有其他故障因素，因而振动状况更为繁杂7、转子之间的不对中，由于在轴承不对中的方向上产生一个预加载荷，轴颈运动的轴心轨迹形状为椭圆形，随预加载荷的增大，轨迹形状将变为香蕉状8、字形或外圈中产生一个内圈的形状。

3.2.3齿式联轴节连接的两个转子不对中，表现的主要振动特征?

1、齿式联轴节相邻的两个转子假使质量接近，则震动较大的往往是紧靠联轴节两侧的轴承，轴承上负荷也会明显增大2、不对中引起的轴向振动较大，高次谐波丰富，特别是两倍频分量的幅值比正常状况的幅值增大的更为明显3、紧靠联轴节两端轴承处，径向振动相位差接近180度4、径向振动的频率成分实际上受多种因素影响，随着不对中量的增加，紧靠联轴节的轴承或轴颈振动信号中2ω、3ω、4ω····的超谐波响应增长比基频ω跟你

更快一些。

3.2.4简述常见的不对故障的检测方法?

1、静态检测法a打表法b激光对中法c联轴节表面状态检测法2、动态监测法a振动检测法b激光对中法cDood棒测量法d电涡流绝对测量法e轴承油膜要测量法1.从动力学角度看滑动轴承的主要作用有哪些？详细见95页3.3节第一段处的1,2,3点2.滑动轴承常见故障的原因有哪些？

细见97页3.3.2中的（1）—（8）小点

3.高速滑动轴承发生油膜震荡的故障特征主要表现为?详细见107页第三段开始的（1）—（6）小点1.局部碰撞的故障特征有哪些?

详细见126页中，选取第一段话（局部碰撞是指），第四段中的第一句话（假使转子不旋转）第五、六、七段的第一句话。共5句话！2.摩擦接触弧增大时的故障特征有哪些？详细见128页（2）小点中的四小点3.防止滑动摩擦激震的方法?

详细见135页下面（4）小节中的五小点1.往复式压缩机的故障种类主要有哪些？

往复式压缩机的故障种类虽多，但从反映故障诊断状态的监测参数上可分为两大类：一类故障征兆表现在机器的热力参数变化上，另一类故障征兆表现在机器的动力性能参数变化上。

2.压缩机热力参数异常的主要表现和原因？1.排气量降低

2.吸排气压力不正常、温度不正常、工况改变对压缩机主要参数的影响原因见各表

3.压缩机主要零部件的机械故障有哪些？

气阀故障、活塞杆断裂、连杆螺栓断裂、曲轴断裂、活塞卡住、咬住或撞裂4.目前对气阀的主要研究工作包括那些方面？P190页一共5小点

5.提高气阀耐用性的主要措施？

校核阀片运动规律、改变气阀结构、调整弹簧力、阀片边缘倒圆角、改善阀片制造工艺、控制压缩气体中的油水含量6.曲轴断裂的原因有哪些？

P196页4.1.2.4曲轴断裂6点原因

7.阀片运动规律曲线在故障诊断方面的作用有哪些？P209页4.2.2.2中3大点作用8.局部摩碰的故障特征有哪些？

P126页每一小段的第一句话即可9.摩擦接触弧增大时的故障特征有哪些？

P128页摩擦接触弧增大时的故障特征4小点10.浮动环密封产生的故障特征？P137页表格

1.利用示功图形状变化，可以判别压缩机的那些故障？各对应的示功图形状为何？P205、206页

2.阀片运动规律曲线在故障诊断方面的作用为何？P209210页

3.气流压力脉动的起因？影响结果与作用机理为何？

起因：P210页；影响结果：P212、220；作用机理：P220/221/2244.管道压力脉动的防治措施有哪些？P233237页

1.齿轮常见的故障有哪些？

齿的断裂，齿的磨损，齿面疲乏（点蚀，剥落），齿面擦伤和划痕2.齿面疲乏（点蚀，剥落）的故障机理为何？

齿轮在啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的的方向相反，从而产生脉动载荷。这两种力的作用结果使齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪切力。当这种剪切力超过齿轮材料的剪切疲乏极限时表面将产生疲乏裂纹。裂纹扩展，最终会使齿面金属小块剥落，在齿面上形成小坑，成为点蚀。当点蚀扩大，连成一片时，形成齿面上金属块剥落。

3.齿轮故障的主要特征信息有哪些？

啮合频率及其谐波成分，幅值调制和频率调制所形成的边频带，由齿轮转速频率的低次谐波所构成的附加脉冲，由齿轮加工误差形成的隐含成分。4.齿轮故障的主要诊断方法有哪些？

细化谱分析法，倒频谱分析法，时域同步平均法，自适应消噪技术1.管道压力脉冲的防治措施有哪些？

采用合理的吸排气顺序，装设缓冲器，装设声学滤波器，装设孔板，配置适合的集气管，避免管道中气流方向和流速的突变

2.阀片运动规律曲线在故障诊断方面的作用为何？

判断阀片开闭是否及时，判断是否存在压力脉动，判断气阀流通截面大小3.曲轴断裂的原因有哪些？

轴颈圆角过小，主轴颈轴线偏移，曲轴质量差，主轴瓦中心线不同心，曲轴装配间隙不合格，曲轴校正量过大，飞轮松动

1.为什么说倒频谱分析对于齿轮故障诊断是一种有效的方法？

倒频谱分析方法在齿轮或齿轮箱故障诊断中的应用具有特别的优越性，特别是用在边频带的分析上。利用倒频谱分析方法可有效地提取和识别频谱上的周期成分。倒频谱分析方法受传输途径的影响很小。

2.如何确定齿轮上损伤齿轮的位置？利用噪声诊断齿轮故障，把正常的和不正常的啮合声音加以比较，从中发现齿轮啮合时是否存在异常状况，并判断齿轮可能出现故障的部位。利用声级计或声频记录仪记录齿轮发出的噪声，然后通过频率分析仪，从各种频率成分的分布和幅值大小来知诊断其中的故障。3.为什么对齿轮箱故障诊断时，都要先对采集信号进行消噪处理？一般机器噪声频率成分很繁杂，这不仅由于机器运动的零部件好多，还有空气动力噪声的影响以及邻近机器噪声影响等方面的因素。

4.齿轮振动信号的幅值调制和频率调制是怎样产生的？它们有什么共同点？幅值调制是由于传动系统转矩的周期性变化引起的。齿轮的转速波动，因加工中分度误差而导致齿距不均匀，齿轮产生周期性的周节误差，齿轮轴偏心引起啮合速率的变化，周期性转矩变化引起的速度变化等因素均可引起频率调制现象。幅值调制和频率调制具有载波频率相等、边带间隔均为齿轮的转速频率，以及边带对称分布于载波频率两侧的共同特点。

1.损伤轴承与正常的轴承幅值域中的概率密度相比有什么不同？

2.试说明检测滚动轴承的各种损伤现象，目前使用的主要方法?P272损伤现象有剥落裂纹压痕磨损腐蚀污斑烧伤生锈

主要的检测方法1.根据轴承的振动的声音检测2.根据轴承的温度或润滑油的温度检测3.根据轴承的磨损颗粒检测4.根据轴承的间隙变化检测5.根据轴承的油膜电阻变化检测3.滚动轴承常发生那些异常现象？引起各种异常的原因是什么？P270表格4.齿轮故障的主要特征信息有哪些？P249啮合频率及其谐波成风

幅值调制和频率调制所形成的边频带

由齿轮转速频率的低次谐波所构成的附加脉冲由齿轮加工误差形成的隐含成分5.如何确定齿轮上的损伤轮齿的位置？

细化谱分析法倒频谱分析法时域同步分析法自适应消噪技术6.齿面疲乏（点蚀、剥落）的故障机理为何？P244页

7.简述滚动轴承内环，外环及滚动体有损伤时，引起振动的时频域特点？P275页（4）8.试说明滚动轴承的包络分析诊断法的优点？P297页

9.在滚动轴承振动故障诊断方法中，在有效值判断法、峰值指标法各适于检测什么性质的故障？周长发生损伤时，峰值指标如何变化？P285页

10.为什么说到频谱分析对于齿轮故障诊断是一种有效的方法？P260页有效的提取和识别频谱上的周期成分受传输途径的影响很小

1.利用示功图形状变化，可以判别压缩机的哪些故障？

结构设计、管道配置以及操作运行中的故障和问题。例如：测量压缩机的指示功率，气阀上的压力损失和功率损失，气缸余隙容积的大小，气阀和管道截面积是否太小，气阀、活塞环、密封填料是否泄漏，气阀弹簧力过大或过小，以及阀片颤振、气流脉动等故障状况。2.气流压力脉动的起因？影响结果与作用机理为何？

活塞式压缩机在运转过程中，由于吸气、排气是休止性的，两者交替进行；活塞运动速度又是随时间而变化的，这种现象就会引起管道内气流的不稳定滚动，产生流体压力脉动。压力脉动引起管道振动：假使存在压力脉动，在管道中的流速和方向突变处，流体对管道的冲击力很大，在冲击作用下将发生振动。压力脉动引起排气量、负载功率变化和压缩机效率下降：吸气过程中吸入气缸中的气体量取决于吸入行程终点的压力。当存在压力脉动时，吸入行程终点压力处于波峰或波谷状态，会造成排气量的增大或减少。压力脉动降低气阀使用寿命：膨胀过程中吸气腔内产生第一个波峰，吸气过程中又会

产生其次个波峰。当吸气阀开启时，假使遇上吸气腔内脉动压力的第一个波谷，则吸气阀延时开启