机电设备故障诊断PPT教学课件-第2章 故障诊断的系统实现（2） .ppt

1,机电设备故障诊断,重点实验室 张建宇 2011-10-10,equipment fault diagnostics,2,2.1 测振传感器原理与应用 2.2 信号的采集与调理 2.3 系统实现的关键流程,第2章 故障诊断的系统实现,3,a、输出电荷与振动加速度成正比。,b、一般具有很高的固有频率，适于测量高频振动或设备振动中的高频成分。例如高速齿轮箱的啮合频率、滚动轴承的特征频率等。,c、加速度传感器测量的是被测物体的绝对振动。,(4) 总结：传感器特点与选用原则,加速度传感器,2.1 测振传感器原理与应用,4,a、传感器输出的电量与振动速度成正比。 b、速度传感器测量的是被测物体的绝对振动。 c、速度传感器的频响范围较加速度低一些，不适合测量太高频率的振动。,速度传感器,2.1 测振传感器原理与应用,(4) 总结：传感器特点与选用原则,5,a、属于非接触式传感器，在旋转机械中应用最多。,b、测量的是被测物体与传感器探头端面之间的相对距离。,位移传感器,2.1 测振传感器原理与应用,(4) 总结：传感器特点与选用原则,6,a. 采样利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nts)的过程。 ts：采样间隔，或采样周期 fs=1/ts ：采样频率。,模拟信号,0,1,0,1,0,1,采样,量化,数字信号,2.2 信号的采集与调理,(1) 数据采集过程,7,0,1,2,3,4,5,6,7,8,0,1,2,3,4,5,c. 编码将离散幅值经 过量化以后变为二进制数的过程。,4位a/d: xxxx,x(1) 0101,x(2) 0100,x(3) 0000,b. 量化把采样信号经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，称为量化。,x(1)=5 x(2)=4 x(3)=0 x(4)=0,x(5)=4 x(6)=5 x(7)=1 x(8)=0,信号的量化过程,2.2 信号的采集与调理,(1) 数据采集过程,8,正常采样,频谱混叠,(2) 采样间隔的选取,采样定理：假定信号中的最高频率成分为fmax，当采样频率fs满足 fs2 fmax 则由采样所得的信号能够很好地恢复到原信号而不发生混叠现象。（shannon定理）。,2.2 信号的采集与调理,9,采样频率fs 采样点数n,时域采样间隔t=1/fs 时域采样周期t=n/fs,频域抽样间隔f=fs/n,2.2 信号的采集与调理,(2) 采样间隔的选取,关于作业,10,第一步：信号离散，选择适宜的采样参数fs和n；,第二步：信号的傅里叶变换，利用fft完成等点数变换；,第三步：求信号幅值谱，注意除以n/2；,第四步：绘制时域及频谱图，注意幅值谱的对称性。,11,抗混叠低通滤波(0-fs/2),2.2 信号的采集与调理,(3) 滤波与调理,12,理想滤波器的各种形式,2.2 信号的采集与调理,(3) 滤波与调理,13,0,f,1)截止频率fc：0.707a0所对应的频率。,2)波纹度d：绕幅频特性均值a0波动值。,3)带宽b和品质因数q：上下两截止频率间的范围称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。,q=w0 / b,2.2 信号的采集与调理,14,滤波器设计参数： 阶数； 中心频率与带宽（上下截止频率）； 通带（或阻带）波纹度,2.2 信号的采集与调理,(3) 滤波与调理,15,2.3 系统实现的关键流程,2.3.1 确定诊断对象(object) 2.3.2 建立设备档案(documentary) 2.3.3 制订诊断方案(scheme) 2.3.4 振动测量与分析(analysis) 2.3.5状态判别与诊断决策(judgement) 2.3.6 检查验证(check),16,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,(1) 直接的生产设备，特别是连续作业和流程作业中的设备，如露天矿上的挖掘机和汽车，井下的采煤机和刮板运输机、皮带运输机等；,17,2.3.1 确定诊断对象,18,(2) 一旦发生故障或停机，会造成很大损失的设备；,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,19,(3) 故障发生后，会造成二次公害的设备；,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,2010年美国墨西哥湾漏油事故,20,(4) 维修周期长、维修费用高的设备，如发动机；,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,21,(5) 价格昂贵的大型精密和成套设备；,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,22,(6) 没有备用机组的关键设备,秦山 大亚湾 秦山二期 秦山三期 田湾 岭澳 三门,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,23,1986年4月26日：切尔诺贝利核电站,2.3.1 确定诊断对象,2011年3月：日本福岛核泄漏,24,(7) 容易造成人身安全事故的设备,重庆游乐设施故障 美女倒悬20米高空1小时,福州嘉年华游乐设施连续出现故障,四川攀枝花缆车故障9名游客被困高空,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,25,(8) 国防安全及高科技设备,2.3.1 确定诊断对象,优先选作诊断对象的设备：,26,2.3.2 建立设备档案,设备档案示例,27,(1)设备结构 (2)工作原理和运行特性 (3)工作条件 (4)基础型式及状况 (5)主要技术档案资料,2.3.2 建立设备档案,旋转？往复？ 平稳运动？冲击性运动？ 低速，中速，还是高速？ 流量、转速、温度、电流等工况参数。,载荷性质：均载、变载？ 工作介质：有无尘埃、杂质？ 周围环境：有无严重的干扰源？,弹性基础？ 刚性基础？,主要设计参数 性能指标 出厂检验记录 运行与事故分析记录,28,2.3.3 制订诊断方案,1选择测点 2预估频率和振幅 3确定测量参数 4选择诊断仪器 5选择与安装传感器,29,2.3.3 制订诊断方案,1.选择测点,一般情况下，测点数量及方向的确定应考虑的总原则是： （1）能对设备振动状态做出全面的描述； （2）应是设备振动的敏感点； （3）应是离机械设备核心部位最近的关键点； （4）应是容易产生劣化现象的易损点。 对于一般的旋转机械，常见的振动测定方法有测轴振动和测轴承的振动两种。对于非高速旋转体，以测定轴承的振动为多；对于高速旋转体，则以测定轴的振动位移居多。,30,2.3.3 制订诊断方案,1.选择测点,31,2.3.3 制订诊断方案,1.选择测点,32,2.3.3 制订诊断方案,1.选择测点,33,目的： (1)为选择传感器、测量仪器和测量参数、分析频带提供依据； (2)防止漏检某些可能存在的故障信号而造成误判或漏诊。,2.3.3 制订诊断方案,2.预估频率和幅值,方法： (1)根据现场诊断经验。 (2)根据设备结构、性能参数和工作原理计算。 (3)利用便携式振动测量仪，在正式测量前进行分区多点搜索测试。,34,低频振动（10hz）采用位移； 中频振动（10-1000 hz）采用速度； 高频振动（1000 hz）采用加速度。 对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度。,基本原则：根据诊断对象振动信号的频率特征来选择诊断参数。,2.3.3 制订诊断方案,3.确定测量参数,35,质量和可靠性； 仪器的频率范围要足够宽，要求能记下信号内所有重要的频率成分，一般在1010000hz或更宽一些。 要考虑仪器的动态范围：保证精度。,2.3.3 制订诊断方案,4.选择诊断仪器,位移,速度,加速度,涡流式位移传感器,电动式速度传感器,压电式加速度传感器,测量转子相对振动,测量绝对振动,5.选择与安装传感器,36,2.3.4 振动测量与分析,1.离线检测方式,(1) 定期检测,(2) 随机点检,根据设备特点和重要程度确定检测周期和方式。,检测仪器,37,2.3.4 振动测量与分析,2.在线监测方式,38,2.3.5 状态判别与诊断决策,1.状态判别的标准,国 际 标 准,39,2.3.5 状态判别与诊断决策,1.状态判别的标准,工 程 经 验,设定报警限,40,2.3.5 状态判别与诊断决策,2.获得诊断结论,振动指标监测,时域波形分析,频域特征诊断,41,2.3.5 状态判别与诊断决策