典型测试系统设计实例

1、测试技术 典型测试系统设计实例(4),第十章,内容,塔式起重机结构强度测试 无心磨削的工件棱圆度精密检测 高速机车轴温测试系统 润滑油膜厚度检测 缝纫机噪声源测试分析 旋转机械故障监测诊断网络化系统 重点：掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路,测试系统的设计涉及 明确测试任务 制定测试方案 选择传感器 设计后续测试系统 测试系统效能分析,回顾,测试对象,10.1塔式起重机结构强度测试,测试任务 对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测 测试目的 通过测试来验证理论计算，为产品的进一步改进提供依据 对样机提出评价意见，作为新产品鉴定的依据 测试参

2、考 根据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴应变片进行测量 根据两种不同破坏情况，按照JJ30-85塔式起重机结构试验方法测试静态、动态应力应变,10.1塔式起重机结构强度测试,强度检测正、切应力测量 判断最大应力是否大于许用应力,测试方案 问题最终归结于测量最危险截面的静态与动态应力应变 测量方法：应变片+电桥 静态测量时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接 动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置,10.1塔式起重机结构强度测试,静态应力测试系统框图,动态应力测试系统框图,测点布置：测点位置和

3、测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个 重要因素,10.1塔式起重机结构强度测试,断面正应力分布,各种断面的应力分布规律： a断面上通常只有两种力：正应 力、剪应力 b断面角点处只有正应力，而无 剪应力。正应力的最大值出现 在角点处,即为主应力。 c剪应力的分布形式根据其断面 形状不同而不同，一般来说， 最大剪应力产生在中性轴处。,10.1塔式起重机结构强度测试,测点位置：最大正应力法角点法,箱形梁断面在外力拉（压）、弯曲、 扭（转）矩作用下的正应力分布,贴片方法：在箱形断面 角点处贴应变片。,测试方案,10.1塔式起重机结构强度测试,测量系统共布置了20个测点,测试条件 假设条件：载荷不包

4、括吊钩重量，载荷误差应小于1%；各工况皆是处于空钩离地状态时进行仪器调零；测试数据均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力 环境条件：测试温度1025，湿度50%70%，风力1级 测试工况：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力,10.1塔式起重机结构强度测试,测试步骤 检查和调整试验样机 粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘 接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象 取空载状态作为初始状态，将应变仪调零 按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力,10.1塔式起重机结构强度测试,Q起重量 R幅度吊点到塔机回转中心的距离

5、起重臂与塔身之间的方位角。,数据处理与结果分析 静态：相同试验条件下多次测量取平均值 动态：用光线示波器记录下动态应变曲线,确定最大应力、平均应力、动载系数。 1）单向应力状态下的平面应力计算 2）平面应力状态的主应力计算 3）与设计指标比较,10.1塔式起重机结构强度测试,10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测,测试对象 特点：加工自动定位3点定位 导轮的摩擦力带动工件旋转 导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件支撑在托架上进行自动定心，实现砂轮对工件外圆的连续加工等直径加工 问题：回转中心动态不稳定性造成工件外圆 形状为棱圆问题 一般为低次的3、5、7次奇数棱圆和高次的12、14、16次偶数棱圆（

6、常见为三棱圆）,传动轴无心复合磨削,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,测试任务 棱圆的棱数和棱圆度检测 测量精度达到微米级 实现量化分析和评估 测试方案 1）测量外圆直径工件外圆测量常规方法 等分棱圆角度，测量出相应的直径数值 希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差 由于棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证的，因此，直径测量无法反映棱圆形状。 2）测量棱圆半径 由于外圆表面到圆心的距离不同，所以使用位移传感器测量棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,采取测量棱圆半径测试方案 测量系统组成 回转工作台：以实现工件的回转，中心不变 位移测量传感器：测量外圆位移的动

7、态数值 位移传感器的调理装置 信号处理和显示装置,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,选择传感器考虑问题 精度： 为了保证磨削加工的工件测量精度为微米级，必须选用高精度的位移传感器 量程： 由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程可满足测量要求 测量方式： 工件的棱圆度测量确定为离线方式，工作台低速回转下测量即可，传感器的频响特性不需要很高 接触方式： 测量方式可选用接触或非接触方式 成本问题： 尽可能减小,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,传感器选择 变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？ 变间距电容传感器 优点：测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮湿，特别适用于恶

8、劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程 缺点：测量电路较为复杂，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电路相对复杂，增加了系统复杂性 电涡流传感器 优点：具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点 缺点：常规类型量程12mm，从实际应用来讲，其精度不足；如选用高精度型，其量程为250um，分辨率0.01um，但这种类型成本较高。,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,传感器选择 差动变压器位移传感器 能提供所需的准确度、精度和可靠性，尽管为接触式测量，但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且该测量传感器已成功应用于圆度仪作为测量头.,圆度仪,差动变压器位移传感器,因此，选用差动变压器位移传感器

9、,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,信号处理方法的选择 棱圆的棱数为工件回转一周位移波动的周期数，棱圆度为波动的幅 度。由位移数据波动的频率与工件回转频率的倍数可确定棱圆的棱数。 数据处理可采取频域谱分析方法：数据采集方便，频率分辨率 高，应用方便。,1X为工件回转频率，3X的频率为棱圆为三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度,典型棱圆幅值谱,2、无心磨削的工件棱圆度精密检测,测试系统的设计与分析 棱圆测量系统基本框图 采用虚拟仪器 信号采集 数据分析和处理 结果输出 图形用户操作界面 所有软硬件均为市售产品，此方案简单易行。,任务描述温度测试 背景 高速、重载发展支承轴承发热增多 轴承磨损和产生缺

10、陷不正常发热增大 重要性 轴承温度升高，轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡 测试任务 在线监测高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承及空心轴承处的温度 在控制室实时显示各测点的实际温度，进行声光报警和定位指示 数据存储，随时调用,3、高速机车轴温测试系统,测试要求 主要技术参数 测温范围：-55+125 测温精度：1 （085） 测温点数：38点（可根据不同车型而增减） 报警温度：绝对温度（75）和相对温度（环境温度+55） 供电电压：110VDC (波动范围：65140VDC)；功耗小于15W 其他要求 抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境、防尘防水、

11、稳定可靠工作 系统可靠性高 有完善的自检功能 数据自动存储和查询,3、高速机车轴温测试系统,测试方案 传感器的选择 半导体温度传感器？红外监测仪？数字温度传感器？ 1）半导体PN结温度传感器 测量误差大。PN结温度传感器容易老化、失效； 两线制使测点到仪表的引线较长，引线误差较大 连线多，环节多，每个测点到仪表均需连线、均需放大调理，使结构复杂 需定期标定，工作量大，传感器的互换性差 传输弱小的模拟信号，抗干扰能力弱，测量结果的稳定性和可靠性差 2）地面红外线机车轴温检测仪 只能在机车通过监测点时监测轴箱轴承无法全程监测 不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度,3、高速机车轴温测试系统,可见，传统的

12、模拟型温度传感器精度低、抗干扰能力差、多点测量不能穿行通信等。 3）数字式温度传感器（DS1820温度传感器芯片） 优势：外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力强。 原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数。 特征： 无需外围器件，用9位二进制数字量形式输出温度值 温度测量范围：-55-125，分辨率为0.5 将温度转换为数字量的时间小于200ms 采用串行单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令和传送数据 测温误差：1 用户可自定义永久的报警温度设置 适合于工业现场的温度监测和控制，抗干扰能力强，能适应恶劣的工业环境，工作稳定可靠,3、高速机车轴温测试系统,因此，选用

13、数字式温度传感器,测试方案 检测计算机系统的选择 工业控制计算机 优点：功能强大、运算速度快、编程方便（采用高级计算机语言）、通用性强 缺点：体积较大，价格也较高，常用于参量类型和数目较多、要求运算速度快、显示界面复杂的监测和控制任务 ARM板的嵌入式计算机 优点：功能和运算速度介于工业控制计算机与单片计算机之间，比工业控制计算机低，但比单片计算机高出许多 缺点：体积比工业控制计算机小许多，但比单片计算机大；其价格比工业控制计算机低许多，但比单片计算机高 单片计算机 优点：结构简单、价格低廉、功能相对简单 缺点：运行速度较慢和数据处理能力较弱，常用于参量类型和数目较少、要求运算速度不高、显示界

14、面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表。 从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择单片机。,3、高速机车轴温测试系统,测试系统的设计 系统硬件构成图 数据传输：串行单总线结构，为了提高数据传输的可靠性和节省连线，将两根单总线连接成环形，所有传感器连接在环形总线上；只有一根单总线处于工作状态。,3、高速机车轴温测试系统,测试系统的设计 软件设计 程序核心是主机与传感器的单总线串行通信 抗干扰设计 强干扰源多、电磁辐射严重 系统电源抗干扰： 输入端加滤波器 磁环吸收（拟制高频） 系统主板抗干扰： 加粗电源线和地线 地线有效接地 机壳屏蔽 主电路板与电源间加屏蔽钢板 软件

15、抗干扰： 自动复位能力 对于受到干扰的数据多次测量,3、高速机车轴温测试系统,主程序流程图,测试任务： 背景 对于在高速、重载、高温条件下工作的机器，摩擦、磨损是其发生故障的最主要原因 润滑是减少摩擦与磨损的简便而有效的方法 轴承的有效润滑必须满足最小油膜厚度处轴承两表面不直接接触 任务 对摩擦副间微小区域内的油膜厚度进行直接测量 监测油膜的工作状态,4、润滑油膜厚度检测,测试方案 传感器选择 1）电阻法定性测量 通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度 油膜的电学性能极不稳定电阻标定困难，难以定量 2）放电电压法 利用电压击穿原理，根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚 度的放电电压 润滑膜的性质

16、和纯洁程度对放电电压的影响测量结果稳定性 差，难以定量测定 3）电容法 当润滑油的介电常数已知，根据电容值随油膜的厚度增大而降 低的变化关系测得油膜厚度 建立电容值与油膜厚度关系时油膜间隙形状不明确 4）X光透射法 利用X光穿过润滑油,光强度与油膜厚度成正比进行测量 困难是光束位置精确的调整,4、润滑油膜厚度检测,5)激光衍射法： 激光束通过缝隙时，由于衍射现象将在屏幕上出现条纹,测量衍射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度. 主要困难是所测缝隙的下限值较大。例如对于功率为1mW的激光器，若缝隙小于7.62m时，屏幕上的条纹就模糊。因此要测量较窄的缝隙得采用更大功率的激光器 6）光纤检测法光纤位移传感

17、器 光纤传感器具有灵敏度高、频带宽、测量范围大、抗干扰性强、体积小、可弯曲、极易接近被测对象、灵敏度高、耐高压、耐腐蚀、可非接触测量。,4、润滑油膜厚度检测,因此，选择光纤传感器。,光纤传感器设计： 采用反射式强度调制光纤位移传感器（非功能型） 输出光纤的光功率取决于光纤端部与反射部件之间的距离d。 假设:T=tan 根据几何光学可知：,4、润滑油膜厚度检测,当d2dT 时，耦合进输出光纤的光功率为零； 当d(a+2r)/（2T）时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相交，其相交的截面积恒为r，此光锥的底面积为(2dT),故在此范围内间隙的传光系数恒定（一般定义为相交截面积与光锥底面积之比）

18、为（r/2dT）； 当a/2Td(a+2r)/2T时，耦合到输出光纤的光通量由输入光纤的像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定。,根据几何关系易得 故输出光纤接受的光功率PO与入射光功率Pi之比为 因此，我们可以根据检测到的光强信号推演出被测距离的大小。,4、润滑油膜厚度检测,利用线性近似法进行计算，几何分析即可给出输出光纤端面受光锥照射的表面所占的百分比为,光纤位移传感器的性能分析 1）当0(a+2r)/2T时： 光电二极管输出的电压为V=V0+S(r/2dT)，可见输出V随d的增大而单调减小。 因此，当d=(a+2r)/2T时，输出电压V达到最大。,4、润滑油膜厚度检测,光纤位移

19、传感器的安装 在滑动轴承的轴颈上贴一块反射纸，在轴瓦上安装两根光纤。两根光纤测量端的端面对齐固定在轴瓦上。 输入光纤的另一端对准激光光源，输出光纤的另一端则对准光电二极管。 光电二极管（PIN管）输出的信号进入后续处理装置,4、润滑油膜厚度检测,安装示意图,光源及后续测量系统选择 光源激光光源为氦氖激光灯 光电信号采集系统电路板组成： 光电二极管(PIN管)运算放大器芯片 直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比 系统分析 解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不耐腐蚀等问题,可实现油膜厚度的精密检测。,4、润滑油膜厚度检测,1）噪声测量基础 噪声定义： 物理定义：大

20、量频率和相位各异的声音复合 而成的无序合声。 实际定义：不需要的声音。 噪声测量专用环境： 全消声室：六个面全有吸声材料。吸声本领特 别强、室内声音主要是直达声而反射声极小的房 间。提供自由声场。 半消声室：五个面有吸声材料，地面没有。提 供半自由声场。 混响室：吸声本领尽量低，室内声音经过多次 反射形成声能分布均匀的房间。提供扩散声场。,5、缝纫机噪声源测试分析,（1）声压P及声压级LP 声压P：声波作用于物体上的压力，单位是帕（Pa） 听阈声压：人耳可听到的最弱声压，2105 Pa 痛阈声压：人耳感觉疼痛的声压，20Pa (100万倍 ) 声压级LP 单位是分贝（dB） 定义为： 式中：P

21、表示测量声压，P0表示基准声压（其值为听阈声压）。 则：人耳可听声范围是0120dB。,0dB是否表示无声音？,2） 噪声测量基本参数,5、缝纫机噪声源测试分析,（2）声强I及声强级LI 声强I：单位时间内垂直于声波传播方向上单位面积内所通过的能量，单位是Wm2 声强级LI 定义： I表示测量声强，I0表示基准声强，取为1012 Wm2,可见：声强为矢量。,5、缝纫机噪声源测试分析,（3）声功率W及声功率级LW 声功率：声源在单位时间内发射出的总能量。 定义： 声功率级： 定义： 式中，W0表示基准声功率，取为1012 W 声功率级是反映声源发射总能量的物理量，且与测量位置无关，因此它是声源特

22、性的重要指标之一 。,声功率为标量。,5、缝纫机噪声源测试分析,几种物理量的比较： 声压或声压级测量 优点：测量容易 缺点：测量结果受测量环境的影响和限制 声功率测量 优点：测量结果反应被测物实际发出的能量 缺点：不能直接测得，只能通过声压级计算获得 声强测量 优点：能反映噪声的方向性 缺点：测量比较困难,5、缝纫机噪声源测试分析,问题：如果已知声场中两个声源的声压级均为80分贝，则总声压级为多少？,则：声场中总声压级与总声功率级合成方法为：,当噪声源是由两个或n个组成，总声压级应该是两个或n个噪声源声压能量的叠加。所以，声压合成方法为：,3） 噪声级的合成,5、缝纫机噪声源测试分析,背景噪声

23、的扣除,本底噪声：在噪声测量时，即使所测量的声源停止发声，环境也存在着一定的噪声，称之为本底噪声。 工程意义：只有从测量结果中扣除本底噪声后，才能得到所考察噪声的正确声压级值。 扣除值： 注意： 若被测噪声源的声级高于本底噪声的声级10dB，则可忽略本底噪声的影响； 若被测噪声源的声级与本底噪声相差310dB，则按上表进行修正； 若两者相差小于dB，则测量结果无效。,5、缝纫机噪声源测试分析,4） 声功率的测量与计算,声功率无法直接测量，只能通过测量声压级经计算而得到。 （1）在自由声场中(如果测量面是球面)，则有： 式中， 是在测试球面半径上所测的多点声压级的平均值。设有n 个测 点，求法如

24、下： （2）若在半球方向上传播，相当于开阔地面或半消声室，则：,注意：球面半径要求足够大，通常约大于整个被测物尺度的2倍。,5、缝纫机噪声源测试分析,（3）在混响声场中测量 (a) 用传声器在房间中几个位置上测量声级，取平均值； (b) 被测声源声功率如下： 式中： V为混响室房间体积，T为混响时间。 混响时间定义为:在一定频带,房间内发一声音,等声音稳定后, 突然切断声源,其声强衰减60dB时所需要的时间,其值为： 式中： S为房间总面积， 为各表面平均吸声系数，m为空气中声波传播的强度衰减常数。 混响室是测量机器声功率的理想环境,只要测量较少的点就能求得声功率,但在混响室中不能测量声源的指

25、向性.,5、缝纫机噪声源测试分析,噪声频谱测量的目的： 找出噪声产生的原因 噪声频谱的测量技术 频谱分析仪 恒定频率带宽分析仪 恒定频率百分比分析仪（噪声测量常用） 测量各个频带的声压级 在某一频带中，声音的声压级称为该频带声压级 讨论频带声压级时应该指明频带的宽度,5） 噪声的频谱测量,5、缝纫机噪声源测试分析,倍频程中心频率与频率范围,1/3倍频程中心频率与频率范围,5、缝纫机噪声源测试分析,某电容器45A工频电流下噪声频谱图,5、缝纫机噪声源测试分析,6） 噪声的主观评价,人耳对声音所感觉的强度取决于： (1)声压大小 (2)声音的频率特征 人耳对高频声敏感,对低频声不敏感 根据人耳的这

26、种特性，引入一个把频率和声压统一起来的、可以反映主观感觉的量，即响度及响度级： 响度是人耳判别声音强度大小的量，单位是“宋”。 响度级LS的单位是方（phon）,即：以1kHz纯音作为基准， 任何频率的声音听起来与该1kHz纯音一样响，那么这个声音的 响度级就是这个1kHz纯音声压级分贝值。,5、缝纫机噪声源测试分析,等响度曲线,5、缝纫机噪声源测试分析,计权声压级： 从等响度曲线出发，在声测量仪器中添加频率计权网络，使得仪器的输出能近似地表达人耳对声音响度的感觉。 通常设置A、C两种计权网络 A计权可较好地模仿人耳对低频段(500Hz以下)不敏感、对10005000Hz敏感的特点。 C计权接

27、近水平，有时表示总声压级。 在噪声测量中，使用最广泛的是A声级，国际上已把A声级作为评价噪声的主要指标。 表示方法：dB(A)或 dB(C),若一个噪声源分别采用A计权与C计权测量，测量结果相差较大，表明该声源频谱具有什么特点？,5、缝纫机噪声源测试分析,一般常用声级计： 功能：声级计不仅能直接测量声级，还能与多种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性等。 特点：体积小，重量轻、操作简单等特点，适用于现场测量。 组成：电容传声器、计权网络、检波电路放大器、衰减器、指示电表、电源等,7） 噪声测量仪器,5、缝纫机噪声源测试分析,电容传声器声传感器： 组成：由一个非常薄的金属膜和与它相距很近

28、的一个后极板组成，膜片和后极板相互绝缘，构成一个电容器。 特点：电容传声器的灵敏度与膜片面积成正比，面积越大，灵敏度越高，但固有频率越低。 优点：灵敏度高，频率响应平直，受电磁场和外界振动影响较小等，常用来进行精密声学测量； 缺点：在较大湿度下，电容传声器两极板间容易放电并产生电噪声，严重时甚至无法使用、结构复杂、成本高；膜片又薄又脆，容易破损。,声级计校准器： 活塞发声器 活塞发声器是一种标准声源： 产生频率为250Hz2% 声压级为124dB的声音 声压级精度为0.2% 声级校准器 声级校准器也是一种标准声源： 精度较活塞发声器低 产生频率为1000Hz2% 声压级为94dB的声音 声压级

29、精度为0.3dB,5、缝纫机噪声源测试分析,噪声精密测量必须经常校准。,声学照相机声阵列传声器 是一类小巧的、非常灵活的噪声源定位和分析系统。通过精确的噪声源定位和标记，可对声音生动、精确和快速的可视化呈现。,用于声学实验室的环型话筒阵列,用于远距离测试和低频分析的星型阵列,用于车内测量的球型话筒阵列系统,5、缝纫机噪声源测试分析,8）噪声测量实例缝纫机噪声测量,5、缝纫机噪声源测试分析,测试任务 测试目的 对某型号缝纫机噪声进行测试，目的是寻找噪声源，从而为降低其噪声水平、提高产品质量提供依据噪声大小、噪声源 缝纫机噪声主要是由结构振动产生，因此，需进行： 噪声级测量+振动测量 测量内容 不

30、同转速下的噪声水平及振动水平（了解噪声源大小） 同时测量噪声与各部件的振动（判断噪声由哪部分振动引起） 采取分步运转方法测量各部件的振动（找出振动的主要原因）,5、缝纫机噪声源测试分析,测量方案 噪声测量仪器与测量方法 采用声级计测声压级 测量条件：在半消声室或开阔空间 测量方法：依据行业标准测量 振动测量仪器与测量方法 采用加速度传感器两次积分后获得位移 测量方法：依据行业标准测量 测量部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板,5、缝纫机噪声源测试分析,测量结果及分析 1）噪声与振动与转速的关系 因此，工作频率有可能激起结构固有频率发生共振。,5、缝纫机噪声源测试分析,缝纫机在不同转速下的

31、振动位移,缝纫机在不同转速下的噪声级,测量结果及分析 2）噪声与振动的频谱分析（给定转速：最高转速90%） 振动表现出明显的谐波特性，峰值主要出现在主轴回转频率73.3Hz及二倍频上（146.5Hz） 工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起 因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动与噪声的关键,5、缝纫机噪声源测试分析,测量结果及分析 3）相干分析不同频率下振动与噪声的相关程度 分析结果 噪声与针板的振动有很大的相关程度，在73.3Hz及146.5Hz处相干系数达到了0.996及0.997，因此，降噪应从抑制机壳表面振动入手,5、缝纫机噪声源测试分析,声振相干函数图（450

32、0rpm）,5、缝纫机噪声源测试分析,测量结果及分析 4）分步运转试验找出哪一个部件是主要激励源 分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进行动平衡,测试对象重大设备 流程工业的核心 发电机 压缩机 风机,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,背景 一旦发生事故，损失惨重，直接经济损失至少在几十万元以上 秦岭200MW 5号汽轮发电机组特大事故（1988） 轴系7处、轴体5处发生断裂，共断为13段，主机基本毁坏 由油膜失稳开始的，突发性、综合性强烈振动造成的轴系严重破坏 没有监测数据 整个机组解体，损失惨重 乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（1999） 汽轮机超速飞车至

33、4500rpm 发电机及机组系统着火 设备直接经济损失1916万元,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,维修成本高两种维修模式 计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划预修，对设备大面积拆装 使有些还可以使用的零部件被提前更换 有些部件在拆卸过程中被损坏 原来磨合得很好的部件又被重新装配 状态维修 以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态 各个部件的使用寿命充分利用 依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,设计任务： 基于国内外网络化设备状态远程监测、故障诊断与服务系统的技术发展现状及趋势，以大型关键设备为对象，开发出先进适用的网络化

34、设备状态远程监测与故障诊断系统 设计目的 保障设备的长周期安全、高效运 行；及时、准确地反映设备的运 行状态、捕捉设备的运行隐患、 确诊设备的故障类型与部位，以 消除灾难故障，避免严重故障， 减少一般故障 预测设备状态的未来发展变化趋 势、指导机组预知维修 建立完整的设备运行状态信息， 支持机组的更新换代,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,具体目标： 1）充分利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、 分析和共享等的高度协调和统一 2）系统可靠性高、实时处理能力强的采集和监测硬件平台 3）图形化语言的设备网络监测诊断分析软件系统 测试内容 信号检测及调理 实时采集机组关键参数：振动

35、、转速、工艺 特征提取、进行机组状态监测 提供分析诊断的各种工具 评估机组运行的性能状态 机组数据存储,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,测试方案 原则： 网络化：远程、分布式监测；异地托管 专业化：产品厂家参与、专业机构参与 标准化：信息标准化、分析模块标准化 方案： 利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和共享等 传感器信号处理测量、分析、传输 指标： 振动：快变信号，0150m5、带宽010kHz 转速：脉冲信号，012000rpm 工艺：慢变信号，05V0.5,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,测试方案框图,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,网络化的CPCI设备

36、状态监测单元 网络数据库 基于网络的监测诊断软件平台,传感器选择 振动 转子振动：非接触式 涡流传感器Bently 激光传感器米依 机壳振动：接触式、速度/加速度 转速： 非接触式：涡流式、光电式 推荐传感器 振动、转速涡流传感器 精度、成本适中 非接触测试、可靠稳定 安装容易 机壳振动加速度传感器 使用方便 安装容易,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,加速度计： 灵敏度：100mV/g 量程：50g 频率范围：0.5-8000Hz（10%) 安装谐振点:30kHz 分辨率：0.0002g 重量：8gm 线性：1% 输出偏压：8-12VDC 恒定电流：2-20mA 输出阻抗：150 激励电压

37、：18-30VDC,涡流传感器： 探头直径（mm） 8 量程（mm） 2 灵敏度（v/mm） 8 频率响应（KHz） 05 温漂（/ FS） 0.1 线性度误差（FS） 2.0,工艺传感器 温度：热电偶/热电阻 压力：应变式 推荐传感器 输出标准信号 05V、420mA 输出阻抗 200 ,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,STWB系列温度变送器 STP压力变送器 MHM-04B信号调理,测试部位推荐测点位置 振动 每个支承面选择2个径向振动测点 每段转子选择1个轴向位移点 径向振动传感器互为90布置 被测表面材质均匀,6、旋转机械故障监测诊断网络化系统,加速度 机壳四角选择测点 （靠近支承面） 垂直安装、钢柱螺栓连接 转速/鉴相 鉴相槽 槽深1mm、宽l取