风电机组故障诊断最终版本(含目录).doc

目录1.1故障诊断:41.2故障诊断的任务41.3振动的利用41.4机械振动产生的原因:51.5振动的概念：51.6每一振动参量都具有三个基本要素：51.7机械振动的分类51.8机械振动定义：91.9简谐运动：92.1传感器102.2压电材料：112.3电涡流式位移传感器112.4磁电式速度传感器112.5惯性式速度传感器122.6压电式加速度传感器122.7电涡流位移传感器（非接触）122.8振动的测试:122.9常用的传感器有：122.10振幅测量：132.11振动检测系统的组成132.12加速度传感器使用注意事项：142.13测振系统的定度和校准142.14测试系统的一般功能:142.15数据分析与处理的基本要求：152.16传感器的灵敏度152.17最常用的振动测量152.18传感器的测量量程范围152.19电压输出型压电加速度传感器的测量范围152.20测试系统的调试153.1何谓旋转机械：163.2旋转机械典型故障分析：163.3有、无量纲的统计特征值163.4旋转机械的振动按转子系统在坐标平面内发生的振动形式分为如下三种：163.5转子平衡时的基本特性：173.6转子振动的基本特性：173.7多跨转子轴系173.8转子振动的基本特性：173.9转子不平衡故障的频谱特征：173.10故障特征：173.11转子不平衡故障的诊断：173.12转子不对中的类型183.13造成不对中的原因:183.14转子不对中的故障特征:183.15转子不对中的故障特征:183.16轴心轨迹：183.17诊断方法:184.1滚动轴承故障诊断概述194.2轴承结构：194.3滚动体类型194.4轴承基本代号、参数名称194.5滚动轴承的主要故障形式与原因如下：204.6滚动轴承的振动机理与信号特征204.7滚动轴承的特征频率214.8传感器和感应频率段的选择214.9轴承故障信号分布的频段传感器和感应频率段的选择214.10信号拾取方式：214.11滚动轴承故障信号分析方法224.12 轴承故障诊断平台软件设计224.13波形分析相关知识225.1齿轮箱故障原因和分类225.2齿轮啮合的特征频率235.3诊断小结245.4小波的发展历史245.5小波定义255.6CWT的变换过程255.7CWT小结255.8小波包分解树265.9小波理论基础-二代小波265.10实现26第6章无损检测技术在设备故障诊断中的应用276.1 油样分析技术276.2油样的光谱分析技术276.3光谱分析的磨损界限276.4油样的铁谱分析技术276.5铁谱分析仪的工作原理286.6直读式铁谱仪286.7分析式铁谱仪286.8对铁谱片进行定性分析的方法主要有：286.9应用光谱、铁谱分析应注意的问题296.10 声发射检测原理及特点296.11红外无损检测307.1风机故障概述327.2齿轮箱故障337.3齿轮箱油泵过载337.4齿轮箱油封老化337.5风力发电机组齿轮油温度过高337.6齿轮油位低347.7齿轮油压力低347.8风机不能自行启动347.9叶轮主要故障347.10风轮转动时发出异常声响347.11风速达到额定风速以上，但风轮达不到额定转速，发电机不能输出额定电压357.12调向不灵或不能调向357.13风轮转动而发电机不发电（无电压）357.14叶片动不平衡引起的振动故障357.15盐雾的危害368.1 电动机类型特点与测定标准368.2电机振动的测量与判定标准368.3电机振动的测定方法378.4电机的安装要求378.5电机在测定时的状态：378.6定子异常产生的电磁振动378.7气隙不均匀引起的电磁振动378.7电动机异常振动的诊断检查过程388.8诊断的检测过程388.9电动机不能启动可能原因：388.10电动机带负载运行时转速低于额定值，可能原因：398.11电机外壳带电可能原因：398.12轴承过热可能原因：398.13滑环火花过大可能原因：398.14电动机运转时声音不正常可能原因：398.15电机温升过高或冒烟可能原因：408.16三相异步电动机发生故障408.17常见的人工智能技术408.18模拟电路故障诊断中存在的主要难点可以总结为以下四个方面：408.19人工神经网络从以下四个方面去模拟人的智能行为418.20神经网络：418.21人工神经元418.22神经网络在故障诊断中的应用418.23神经网络的基本功能429.1风电变流器系统功能：429.2风电变流器基本原理：429.3电气主接线中采用429.4变频器故障439.5轻故障分类与报警:439.6重故障分类与报警:439.7单元欠电压:439.8单元缺相:4310.1组态软件通常有以下几方面的功能：4310.2组态软件主要解决的问题：4410.3窗口4410.4工程浏览器4410.5图形工具箱4410.6图库管理器4510.7系统要求-硬件配置4510.8创建简单工程(工程总体概况)4510.9使用组态软件的一般步骤4510.10选型说明461.1故障诊断:利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测；而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位。1.2故障诊断的任务1.3振动的利用琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固等;电子谐振器；振动检测；振动 压路机;振动给料机;振动成型机等。1.4机械振动产生的原因:根本原因是存在一个或几个力的激励。不同性质的力激起不同类型的振动。一般是在启动或者停止过程中的振动信号是非平稳的。设备在实际运行中，其表现的周期信号往往淹没在随机的振动信号中。若设备故障程度增加，则随机振动的周期成分加强，从而整台设备振动增大。因此，从某种意义讲，设备振动诊断的过程，就是从随机信号中提取周期成分的过程。1.5振动的概念：振动是物体运动的一种形式，它是指物体经过平衡位置而往复运动的过程。振动可用位移、速度、加速度三个参量表征1 位移：振动物体离开平衡位置的距离。常用（m）、（mm）作单位。2 振动速度：振动物体离开平衡位置的快慢，用（mm/s）作单位。3 振动加速度：物体振动速度的变化率，位移的二阶导数，用g表示。将振动参数随时间变化的状态画出来，叫振动波形。1.6每一振动参量都具有三个基本要素： 振幅X、频率f、相位。 位移x=Xsin（t+0） 0-初始相位，rad。 -角频率。1.7机械振动的分类（1）按诊断的目的和要求分类：a、功能诊断和运行诊断；b、定期诊断和连续监控； c、直接诊断和间接诊断。（2） 按诊断对象分类旋转机械诊断技术：如汽轮发电机组、燃气轮机组、水轮机组、风机及离心泵等。往复机械诊断技术：包括内燃机、往复式压缩机及泵等。工程结构诊断技术：如海洋平台、金属结构、框架、桥梁、容器等。运载器和装置诊断技术：飞机、火箭、航天器、舰艇、火车、汽车、坦克、火炮、装甲车等。通讯系统诊断技术：如雷达、电子工程等。按振动规律分类主要是根据振动在时间历程内的变化特征划分。大多数机械设备的振动是周期振动、准周期振动、窄频带随机振动和宽频带随机振动的一种。一般将机械振动划分为以下几种类型：（1）自由振动：是物体受到初始激励（脉冲）所引发的一种振动。振动靠初始激励一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏。不是现场设备诊断所必须考虑的因素。自由振动给系统一定的能量后，系统产生振动。若系统无阻尼，则系统等幅振动；有阻尼，则系统为衰减振动。（1）自由振动方程：对方程求解，得到： ；m 物体质量；k物体的刚度。振动频率Wn与初始条件无关，完全由物体力学性质决定，称为固有频率。结论：对复杂系统也成立；强迫振动、非线性振动也与此有关。强迫振动特点：如上图所示，衰减振动随时间推移而消失，而强迫振动则不受阻尼影响，是一种和激振力同频率的诊断。由此可见，强迫振动不仅与激振力的性质有关，而且与物体自身固有的特性有关（质量刚性阻尼）有关。（3）自激振动：在没外力作用下，系统自身的原因所产生的激励而引起的振动。要引起自激振动必须存在初始扰动，它的振幅并不随时间的推移而衰减，一旦出现自激振动，往往难以控制，如不及时处理，常因激烈振动而损坏设备。因机械故障而产生的振动，多属于受迫振动和自激振动。1.8机械振动定义：物体或物体的某一部分在一定位置附近来回往复的运动实例:心脏的跳动，钟摆，乐器，地震等周期和非周期振动1.9简谐运动：具有加速度与位移的大小x成正比,而方向相反特征的振动称为简谐运动。最简单、最基本的振动谐振子作简谐运动的物体2.1传感器又叫“一次”仪表，是一种器件，又称换能器或拾振器。它是感受物体振动并将其转换成电信号的一种传感元件。它有两个作用： 其一是敏感作用，对被测对象某种物理量(如位移、速度、加速度或力)敏感，并完成对该被测量信号的拾取； 其二是变换作用，将被测非电量变换成电量输出将这些描述机械振动量的物理量转换成电量（电流、电压、电荷）或电参数（电阻、电容、电感）的变化，然后输至“二次”仪表进行放大及记录、显示或分析。测振传感器的分类某些晶体， 当沿着一定的方向受到外力的作用的时候，其内部的晶格会发生变化，产生极化现象，同时在晶体的两个表面上便产生了符号相反的电荷；当外力去掉以后，就又恢复到原来的不带电状态；当作用力方向改变时，所产生的电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而力的大小与物体的运动加速度大小成正比：Fma，上述现象称为正压电效应。2.2压电材料：具有压电效应的材料称为压电材料具有如下性能：机械性能：压电元件是受力元件，因而它应有机械强度高，刚度大的特点。电性能：具有较高电阻率和较大介电常数，以减弱外部环境的影响并获得良好低频特性。时间稳定性：要求压电性能具有一定的稳定性。压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；环境适应性：要求温度、湿度稳定性好压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；由等效电路可知，压电式传感器不适合于静态量测量。因为只有当传感器内部信号电荷没有泄漏，且外电路负载非常大时，压电传感器受力后产生的电压或电荷才能长期保存下来，否则将以其时间常数按指数规律放电。2.3电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器。当传感器与被测物体的表面间隙较小的时候，电涡流也较强，阻抗较大，传感器最终的输出电压变小；当传感器与被测物体的表面间隙变大的时候，电涡流会变弱，阻抗变小，传感器最终的输出电压变大。涡流的强弱与间隙的大小成正比，因而，传感器的输出与振动位移成正比。涡流传感器已成系列，测量范围从0.5mm至10mm以上，灵敏阀约为测量范围的0.1%。常用的外径8mm的传感器与工件的安装间隙约1mm，在0.5mm范围内有良好的线性，灵敏度为7.87mv/mm，频响范围为012000Hz。2.4磁电式速度传感器是惯性式传感器，它利用磁电感应原理把振动信号变换成电压信号，该电压值正比于振动速度值。它可用于测量轴承座、机壳或结构的振动（相对于惯性空间的绝对振动）。它直接安装在机器外部，使用维护极为方便。2.5惯性式速度传感器适用于测量轴承座、机壳等一般频带内的振动速度和振动位移（积分后）。频带：大约5-500HZ (转速300-3000r/min)测量更低的频率时，要求具有摆式结构的速度传感器。2.6压电式加速度传感器适用于测量轴承座、机壳等的绝对运动。频带：带宽宽，一般为0.2Hz-20KHz适合于测量高速转动激起及因气流脉动或者滚动轴承噪声引起的高频信号。2.7电涡流位移传感器（非接触）涡流传感器是利用转轴表面与传感器探头端部间的间隙变化来接收振动，从而避免了与轴表面的直接接触。适用于测量转子相对于轴承的相对位移（包括轴心平均位置及振动位移）。大型汽轮机转子轴颈为300-400mm，转速为3000r/min,因此轴颈表面的线速度达到47-62m/s。2.8振动的测试: 主要是指测定振动体的位移、速度、加速度的大小，以及振动频率、周期、相位、衰减系数、振型、频谱等。2.9常用的传感器有：压电式加速度计、磁电式加速度计。2.10振幅测量：（2）复杂信号幅值的测量：当用电测法进行测量时，可将记录的振动波形幅值乘以相应的灵敏度，即可得到振动体振动的幅值。测量值可以是位移、速度、加速度。简谐振动频率测量方法：李莎如图像法、录波比较法、直读法、频谱分析法。最多使用的方法是频谱分析法。2.11振动检测系统的组成2.12加速度传感器使用注意事项：（1） 湿度影响：（2）温度影响：（3）电缆噪声：（4）接地回路噪声：（5) 传感器横向灵敏度的影响：2.13测振系统的定度和校准 把测振传感器、放大器和记录仪器放在全套仪器测量系统中，求得测振仪最初输入量和最终输出量的关系-校准值。 分部校准：传感器校准、放大器校准、记录仪校准 系统校准：对整个系统进行校准 静态校准法仅能用于校准具有零频率响应的传感器及测量仪器，如：电涡流式、电感式及电容式等相对式位移传感器。 绝对法将被校准拾振器固定在校准工作台上，用激光干涉测振仪直接测得振动台的振幅，在和被校准拾振器的输出比较，以确定被校准拾振器的灵敏度绝对校准法精度较高，但因设备和技术比较复杂，故适合计量部门采用。 相对法将待校准的传感器和经过国家计量部门严格校准过的传感器背靠背地安装在振动台上承受相同的振动。将两个传感器的输出比较，就可以计算出该频率点待校准的灵敏度。在设计测试时应考虑到温度、湿度、腐蚀性空气、轴表面速度、轴表面速度、轴材料及表面洁净度、传感器所接触的工作介质（水、油）、振动冲击（两轴、三轴）、气体噪声、磁场、传感器的端部临近的金属物质、电源电压波动等因素。2.14测试系统的一般功能:（1）传感器、专用试调线路：将机械测量量最终变换为可以被一般测量仪所接收的，具有归一化的电信号。（2）采集、分析：将前面获得的原始信号加以分析、处理并显示结果。2.15数据分析与处理的基本要求：2.16传感器的灵敏度灵敏度是传感器的最基本指标之一,其大小直接影响到传感器对振动信号的测量。2.17最常用的振动测量压电式加速度计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50-100 mV/g，电荷输出型为10 -50 pC/g。2.18传感器的测量量程范围是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则，灵敏度越高其测量范围越小，反之灵敏度越小则测量范围越大。2.19电压输出型压电加速度传感器的测量范围是由在线性误差范围内所允许的最大输出信号电压所决定，最大输出电压量值一般都为5V。传感器的频率测量范围是指传感器在规定的频率响应幅值误差内（5%, 10%, 3dB）传感器所能测量的频率范围。频率范围的高、低限分别称为高、低频截至频率。截至频率与误差直接相关，所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。2.20测试系统的调试1、接地检查2、单个仪器检查：线性度、精度、一致性3、短路检查4、连接线编号、极性核对5、测试实验时故障排除3.1何谓旋转机械：主要运动由旋转运动来完成的机械 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机，电动机 核心：转轴组件 转子、轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器 滑动轴承、滚动轴承支座、定子、机座密封、密封装置3.2旋转机械典型故障分析：1转子不平衡的故障机理与诊断2不对中故障机理与诊断3油膜轴承的故障机理与诊断4旋转失速与喘振故障机理与诊断5动静件摩擦的故障机理与诊断6转子支承部件松动的故障机理与诊断7转轴裂纹的故障机理与诊断3.3有、无量纲的统计特征值3.4旋转机械的振动按转子系统在坐标平面内发生的振动形式分为如下三种：横向振动、轴向振动、扭转振动，旋转机械故障所激发的振动多为横向振动。3.5转子平衡时的基本特性：转子不平衡大多数情况下，旋转机械的转子轴心线是水平的，转子的两个支承点在同一水平线上。设转子上的圆盘位于转子两支点的中央转子开始转动后，由于离心力的作用，转子产生动挠度。此时，转子有两种运动：一种是转子的自身转，即圆盘绕其轴线AOB的转动；另一种是弓形转动，即弯曲的轴心线AOB与轴承联线AOB组成的平面绕AB轴线的转动。3.6转子振动的基本特性：对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界转速。以临界转速为分界可把转子系统分为两种：如果机器的工作转速小于临界转速，则称为刚性轴；如果工作速高于临界转速，则称为柔性轴。3.7多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。3.8转子振动的基本特性：如果机器的工作转速小于临界转速，则称为刚性轴；如果工作转速高于临界转速，则称为柔性轴。3.9转子不平衡故障的频谱特征： 振动幅值与转速平方成正比 工频的1倍频能量较大 同一平面x,y振动相位差90 转子不平衡故障的时域特征 呈现为类似简谐振动的波形 由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波。3.10故障特征： 静不平衡、力偶不平衡的幅 值谱相似 静不平衡转子两侧轴承的振动相位相同力偶不平衡，转子两侧轴承的振动相位相反，转子不平衡故障的特征小结：主要表现为径向振动 振动能量主要集中在工频的1倍频，振动幅值随转速升高而迅速增大 振动幅值不随负荷的增大而增大 同一平面X、Y方向振动相位差90会引起地基的不均匀沉降。3.11转子不平衡故障的诊断：机器出现不平衡故障的同时，常常还伴有其他的问题，如：不对中、松动等。其他类的故障也会引起工频1倍频的振动能量。在给出结论前，需要进行综合分析。据美国MONSANTO石化公司统计，旋转机械故障的5060 %是由转子不对中引起的。3.12转子不对中的类型 轴承不对中：轴颈在轴承中偏斜 轴系不对中：各转子不处在同一直线上平行不对中：轴线平行位移 角度不对中：轴线交叉成一角度 综合不对中：轴线位移且交叉3.13造成不对中的原因: 安装误差 管道应变影响 温度变化热变形 基础沉降不均 危害:滚动轴承 振动噪声 过度磨损“卡死”滑动轴承 油膜承载失稳 半速涡动 油膜振荡严重时油膜破裂而烧损轴瓦.角度不对中: 螺栓拉力作用下，两半联轴节中存在一个弯矩，力图减小两轴中心线的交角 轴旋转一周，弯矩作用方向交变一次，弯矩施加于轴的弯曲变形也每周变化一次，由此引起工频振动.上侧螺孔旋转到下侧时，螺孔距离增大，拉伸力变化一次。联轴节带着轴发生轴向蹿动，振动频率为转速频率下侧螺孔转到上侧时，螺孔距离变小，拉紧力减弱，不存在迫使轴产生轴向蹿动的力.3.14转子不对中的故障特征: 振动的振幅与转子的负荷有关 负荷越大、振幅越大 不对中故障对转子的激励力随转速的升高而加大 激励力与不对中量成正比 轴系具有过大的不对中量时，3.15转子不对中的故障特征:振动幅值 振动频谱中2x幅值超过1x幅值约50时，常常说明是径向不对中。2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类型和结构。 2X幅值接近1X幅值是常见的，尤其是平行不对中严重时。轴向2x或3x幅值约是1x转数频率幅值的30到50时，说明是角向不对中。联轴节两侧轴承振动的相位差 平行不对中，径向振动差180.角度不对中，轴向振动差1803.16轴心轨迹：香蕉形、8字形、外圈中产生一个内圈.不对中故障，除了1x，2 x频率外，还会出现3x倍频.3.17诊断方法:简易诊断 轴向振动 精密诊断 4.1滚动轴承故障诊断概述第一阶段:利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。第二阶段:利用冲击脉冲技术诊断轴承故障第三阶段:利用共振解调技术诊断轴承故障第四阶段:以计算机为中心的滚动轴承监测系统概述旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30是因滚动轴承引起的4.2轴承结构：由内环、外环、滚动体和保持架组成4.3滚动体类型球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子和球面滚子等1 球轴承分类:深沟球轴承角接触轴承调心球轴承推力球轴承带座轴承2 滚子轴承:圆锥滚子轴承调心滚子轴承圆柱滚子轴承滚针轴承3.角接触轴承4.圆柱滚子轴承4.4轴承基本代号、参数名称滚动轴承异常的基本形式滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。4.5滚动轴承的主要故障形式与原因如下：(1).疲劳剥落这是滚动轴承常见的一种异常形式。(2).磨损是滚动轴承另一种常见的异常形式。(3).塑性变形轴承因受到过大的冲击载荷、静载荷、落入硬质异物等在滚道表面上形成凹痕或划痕。(4).腐蚀润滑油、水或空气水分引起表面锈蚀（化学腐蚀）轴承内部有较大的电流通过造成的电腐蚀以及轴承套圈在座孔中或轴颈上微小相对运动造成的微振腐蚀(是微动磨损与腐蚀协同作用的结果)(5).断裂过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。(6).胶合所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘附到另一个零件部件表面上的现象。(7).保持架损坏这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。1.滚动轴承的磨损失效磨损是滚动轴承最常见的一种失效形式。2. 滚动轴承的疲劳失效在滚动轴承中，滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷的反复作用，表层因反复的弹性变形而致冷作硬化，下层的材料应力与表层出现断层状分布，导致从表面下形成细小裂纹，随着以后的持续负荷运转，裂纹逐步发展到表面，致使材料表面的裂纹相互贯通，直至金属表层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式称为疲劳失效。轴承运转时，一旦发生疲劳剥落，其振动和噪声将急剧恶化。3. 滚动轴承的腐蚀失效轴承零件表面的腐蚀分三种类型。a. 化学腐蚀， b. 电腐蚀， c. 微振腐蚀，4.6滚动轴承的振动机理与信号特征引起滚动轴承振动的因素很多。有与部件有关的振动，也有与制造质量有关的振动，还有与轴承装配以及工作状态有关的振动。 滚动轴承在工作时，滚动体与内环或外环之间可能产生冲击而引起轴承各元件的固有振动。 各轴承元件的固有频率与轴承的外形、材料和质量有关。与轴的转速无关。 轴承元件的固有频率值，受安装状态的影响。一般情况下，滚动轴承的固有频率通常可达数千赫到数十千赫。4.7滚动轴承的特征频率滚动轴承内出现剥落等缺陷，滚动体以较高的速度从缺陷上通过时，必然激发两种性质的振动。第一类振动是上节所讲的以结构和运动关系为特征的振动，表现为冲击振动的周期性；第二类振动是被激发的以轴承元件固有频率的衰减振荡，表现为每一个脉冲的衰减振荡波。轴承元件的固有频率取决于本身的材料、结构形式和质量，根据某些资料介绍，轴承元件的固有频率在20K60KHz的频率段滚动轴承的固有振动轴承工作时，滚动体与内环或者外环之间可能产生冲击而诱发轴承元件的振动。固有频率与元件本身的材料，形状和质量有关，与轴转速无关。4.8传感器和感应频率段的选择4.9轴承故障信号分布的频段传感器和感应频率段的选择轴承的故障信号分布在3个频段，即图中阴影部分。a). 低频段：在8kHz以下，滚动轴承中与结构和运动关系相联系的故障信号在这个频率段，少数高速滚动轴承的信号频段能延展到B点以外。b).高频段：位于区，这个频段的信号是轴承故障所激发的轴承自振频率的振动。c). 超高频段：位于区，它们是轴承内微裂纹扩张所产生的声发射超声波信号。4.10信号拾取方式：针对不同的信号所处频段，需采用不同的信号拾取方式。a)监测低频段的信号，通常采用加速度传感器，b)监测高频段的信号，其目的是要获取唯一的轴承故障信号，采用自振频率在2530KHz的加速度传感器，利用加速度传感器的共振效应c)监测超高频段的信号，则采用超声波传感器，将声发射信号检出并放大。4.11滚动轴承故障信号分析方法1有效值与峰值判别法有效值：2峰值系数法3峭度指标法4冲击脉冲法（SPM）6频谱分析法7倒频谱分析法4.12 轴承故障诊断平台软件设计1、VB语言2、VB与数据库连接3、故障诊断特征变量实现4.13波形分析相关知识5.1齿轮箱故障原因和分类齿轮失效形式1、齿的断裂齿的断裂分为疲劳断裂和过负荷断裂2、齿面疲劳：主要包括齿面点蚀与剥落。3、齿面磨损：粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损4齿面塑性变形5.2齿轮啮合的特征频率（1）边频带也是齿轮振动的特征频率，啮合的异常状况反映到边频带，造成边频带的分布和形态都发生改变。可以说：边频带包含了齿轮故障的丰富信息。（2）齿轮制造时所具有的：偏心误差、周节误差、齿形误差、装配误差等都能影响齿轮的振动。（3）从故障诊断的实用方面来看，只要齿轮的振动异常超标，就是有故障，就需要处理或更换。所以大多数情况下，并不需要辨别是哪种误差所引起，只需判定能否继续使用。1 、功率谱分析法2、边频带分析法3、倒频谱分析法齿轮故障与轴承故障的差异：1) 齿的断裂或裂纹故障。2) 轴承故障。5.3诊断小结当齿轮啮合频率处及两边边频的振幅突现升高的情况下，有两种可能的故障：齿轮故障、轴承故障。要区别这两种故障，需看轴转频的振幅是否有升高，轴转频的振幅升高，意味着轴承故障。齿轮轴转频的振幅升高是由于轴承出现故障，轴芯空间位置不稳定所造成当轴转频的振幅先升后降，降低时意味着轴承可能已经出现解体。16#的II轴Z3/Z4齿轮可能存在严重磨损。5.4小波的发展历史 第一阶段：孤立应用时期 第二阶段：国际性研究热潮和统一构造时期5.5小波定义连续小波变换（Continue Wavelet Transform，简记CWT）傅立叶分析是把一个信号分解成各种不同频率的正弦波，因此正弦波是傅立叶变换的基函数。同样，小波分析是把一个信号分解成由原始小波经过移位和缩放后的一系列小波，因此小波是小波变换的基函数，即小波可用作表示一些函数的基函数。5.6CWT的变换过程1. 把小波(t)和原始信号f(t)的开始部分进行比较2. 计算系数c 。3. 把小波向右移，距离为k，得到的小波函数为(t-k)，然后重复步骤1和2。4. 扩展小波(t)，例如扩展一倍，得到的小波函数为(t/2)5. 重复步骤145.7CWT小结相空间是指以“时间”为横坐标，“频域”为纵坐标的欧氏空间，而相空间中的有限区域被称为窗口，沿时间轴的一段区间被称为时间窗，沿频率轴的一段区间被称为频率窗。小波的缩放因子与信号频率之间的关系可以这样来理解。缩放因子小，表示小波比较窄，度量的是信号细节，表示频率w 比较高；相反，缩放因子大，表示小波比较宽，度量的是信号的粗糙程度，表示频率w 比较低。5.8小波包分解树小波分解树表示只对信号的低频分量进行连续分解。如果不仅对信号的低频分量连续进行分解，而且对高频分量也进行连续分解，这样不仅可得到许多分辨率较低的低频分量，而且也可得到许多分辨率较低的高频分量。这样分解得到的树叫做小波包分解树(wavelet packet decomposition tree)，这种树是一个完整的二进制树。5.9小波理论基础-二代小波（1）提升小波又称为第二代小波变换，Sweldens于1995年提出的。（2）提升小波的分解过程由3部分组成：分解、预测和更新。5.10实现提升小波包分析函数的设计(1)对数据提升小波包变换和更新函数Function wm_TS(x () As Double, lev As Integer,Ls_1, Ls_2, Ls_3, Ls_4, s)Function wm_GX (x_lw, F, DF, y) As Double2)Private Sub TZTQ_2(aa , TZTQ_2) 其中，aa为输入变量，TZTQ_2为返回变量。 使用TZTQ_2()函数实现特征变量的计算，如均值、方差等特征变量。第6章无损检测技术在设备故障诊断中的应用6.1 油样分析技术油样分析能取得的信息：1、磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程度。2、磨屑的大小和形貌反映了磨屑产生的原因，即磨损发生的机理。3、磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，即零件磨损的部位。6.2油样的光谱分析技术油样的光谱分析就是利用油样中含有金属元素的原子在高压放电或高温火焰燃烧时，原子核外的电子吸收能量从低能级轨道跃迁到较高能级的轨道，但是这样的原子能量状态是不稳定的，电子会自动地从高能级轨道跃迁回原来低能级轨道，与此同时，以发射光子的形式把吸收的能量辐射出去。不同元素的原子放出光的波长不同，称为特征波长。经过棱镜或光栅分光系统，将辐射线按一定波长顺序排列，所得到的谱图称为光谱。测量各特征波长的谱线和强度，就可检测到该种元素存在与否及其含量多少，推断出产生这些元素的磨损发生部位及其严重程度，并依此对相应的零部件工作状态作出判断。6.3光谱分析的磨损界限光谱分析的磨损界限因油样来源的不同变化很大，取决于它们合金成分的多少、设备的类型、工作特点以及初期缺陷的性质。因此，采用油样光谱分析技术对机械设备进行工况监测与故障诊断时，一定要针对具体设备和工作条件作反复试验，才能确定出合适的磨损界限。6.4油样的铁谱分析技术(1)具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率；(2)能同时进行磨粒的定性检测和定量分析；(3)能够准确监测机器中一些不正常磨损的轻微症兆，具有磨损故障早期诊断的效果。6.5铁谱分析仪的工作原理铁谱分析方法是利用经过稀释的油液通过一块具有高磁场梯度的玻璃片或玻璃管，将润滑油中所含的磨粒或碎屑，按其粒度大小有序地分离开来，经过光学显微观察和光密度计计数，可对磨屑的来源、产生的原因以及零部件磨损的程度进行定性和定量分析，及时作出机器零部件的故障预报。铁谱仪是铁谱分析的关键设备，铁谱仪可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪（根据其工作方式的不同）。6.6直读式铁谱仪直读式铁谱仪的性能特点：1、结构简单，价格便宜（约为分析式铁谱仪的1/4）；2、制谱与读谱合二为一，分析过程简便快捷；3、读数稳定性、重复性较差，随机因素干扰影响大；4、只能提供关于磨屑体积的信息，不能提供关于磨屑形貌、磨屑来源的信息，信息量有限，常用作油样的快速分析和初步诊断。6.7分析式铁谱仪分析式铁谱仪组成包括：制谱仪、光密度读数器以及双色显微镜。分析式铁谱仪的性能特点1、提供的信息较丰富。2、直读式铁谱仪只能进行一次测量，不能将沉积管从磁场中取出后再放上重新读数；而分析式铁谱仪制成的谱片可以保存起来，供以后观察分析用。3、制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约需30min，且制谱时要求较严格，故一般只能在实验室进行。分析式铁谱仪的使用流程1、取样：2、制谱：传统分析式铁谱仪存在两个固有的缺陷：1、蠕动泵输送油样时对磨屑的2、由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道堵塞，不仅造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积规律，从而影响铁谱的定量分析。铁谱定性分析是使用铁谱显微镜对铁谱片上沉积的颗粒进行形状、尺寸大小、形貌和成分的分析，建立磨损状态类型与磨损颗粒形态的相互关系，判别摩擦副的磨损状态，以确定故障情况和磨损部位。6.8对铁谱片进行定性分析的方法主要有：（1）铁谱显微镜法（2）扫描电镜法（3）加热分析。 铁谱分析优点：具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围，可同时给出磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息。缺点：1、操作环节较多，监测周期较长，影响因素复杂，检测与诊断的正确性取决于操作人员的经验与熟练程度。2、对采样要求较为苛刻，分析成功与否，首先取决于能否从润滑系统中取到有代表性的油样。3、对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳，影响了其对有色合金摩擦副的监测效果。6.9应用光谱、铁谱分析应注意的问题1、机器发生异常磨损的判别机器是否发生异常磨损，不仅仅看润滑油中所含磨损颗粒数量的绝对值大小，更重要的是要看油中的磨粒随时间的变化速率和大磨粒的尺寸变化趋势。磨损量的正常值、注意值、警告值是通过反复实践、总结、修正摸索出来的。不同机械、不同部位标准不同。2、主观因素的影响铁谱分析是利用铁谱技术对润滑油中金属颗粒的尺寸、形态、颜色、数量及分布状况进行定性分析，受人主观因素影响较大，要求分析人员具有一定的理论知识和丰富的实践经验。对同一台设备同一部位润滑油的分析，最好由一个人负责，以保持分析结果的一致性和连续性。3、光谱、铁谱结合分析光谱分析可以了解润滑油中金属含量，但不能分析金属颗粒的形状、磨损类型。铁谱分析可以了解磨损颗粒形状和类型，但不能准确掌握磨损金属含量。两者结合，既可定性又可定量地分析润滑油中的金属含量，而且有利于分析金属颗粒的来源。两者互为补充，互为参考。4、监控标准和侧重点发动机的主要磨损颗粒为铁颗粒，铁的含量有一定程度升高问题不大，但铝、铜、铅、铬含量稍有升高，则可能伴随着异常磨损。变速箱主要磨损颗粒为铜颗粒，铁含量的增加，一定伴随着异常磨损。液压系统对润滑油清结度要求非常高，任何金属含量的升高都表明存在异常磨损，应引起重视。发动机和变速箱出现异常磨损，将在一段时间后才会产生故障，但液压系统一旦出现异常磨损，将在很短时间内产生故障。对液压系统的监控周期要短，一旦发生异常磨损，应立即采取措施，防止发生故障。6.10 声发射检测原理及特点材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射利用仪器检测、分析声发射信号并利用声发射信息推断声发射源的技术称为声发射技术。特点： 检测动态缺陷，如缺陷扩展，而不是检测静态缺陷； 缺陷的信息直接来自缺陷本身，而不是靠外部输入扫查缺陷。声发射检测技术优势1) 灵活性强：2) 非接触：3) 短时间： 4) 使用范围广：声发射的来源与产生位错运动和塑性变形；裂纹的形成和扩展声发射类型:1）连续发射;2）突发发射。分析方法1：振铃计数2、振幅及振幅分布3、能量声发射检测定位方法：1）直线定位法2）平面三角形定位法3）归一化正方阵定位法检测系统结构：组成部分：信号接收部分、信号处理部分、测量显示部分(1)声发射在材料研究中的应用金属材料材料、工件或结构在交变载荷作用下经常发生疲劳断裂，是最常见的故障之一。声发射是监测其发生和发展过程的重要手段。采用声发射监测与三点弯曲试验相结合可以评价表面渗透层(渗氟、渗碳等)的脆性。非金属材料(2) 声发射在焊接中应用声发射在焊接中的应用主要包括两个方面：一是焊接过程中对焊缝质量进行实时监控，以及焊后进行无损检测。二是进行压力容器的在役检测。6.11红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。红外无损检测技术的特点(1)操作安全(2)灵敏度高(3)检测效率高所存在的主要问题(1)确定温度值困难(2)难于确定被检物体的内部热状态(3)价格昂贵红外无损检测基础红外辐射及传输红外辐射实际是波长为0.75100m的电磁波。红外辐射亦称为红外线、热辐射。红外辐射分为三个波段(1)近红外波段波长为0.753.0m。(2)中红外波段波长为3.020m(3)远红外波段波长大于20m。红外辐射定律(1)黑体如果有一个理想的物体，它对红外的辐射率、吸收率与表面温度及波长无关，且等于1(即全部吸收或全部辐射)，那么这种理想的辐射体和理想的吸收体称为黑体。红外辐射的传输与衰减实验表明，能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长范围：12.5m、35m和814m。般将这三个波长范围叫做大气窗口。红外探测器红外探测器的主要性能指标将红外辐射转换为电信号的器件。响应率：将红外辐射转换为电信号的能力。光谱响应：对不同波长的响应。无选择性探测器、选择性探测器常用红外探测器 光电探测器 光电导型探测器 光伏型探测器 热电探测器 热敏电阻红外探测 器 热释电探测器红外测温仪主要技术参数：测温范围、工作波段、分辨能力、响应时间、目标尺寸、距离系数、辐射率范围红外测温仪使用要点：亮度温度、辐射率的影响、仪器校正红外热像仪的工作原理红外热像仪的特点和主要参数 能显示物体的表面温度场，并以图象的形式显示，非常直观。分辨力强，现代热像仪可以分辨0.1甚至更小的温差。显示方式灵活多样能与计算机进行数据交换，便于存储和处理缺点： 要用液氮、氖气或热电致冷，以保证在低温下工作；光学机械扫描装置结构复杂。红外热电视 采用电子扫描入式热电探测器的两维红外成像装置。采用电子束扫描或电荷耦合器件搞描方式。采用热电探测器，不需液氮、氩气或电致冷等。可直接用电视显示、记录或重放等(1)红外无损检测在热加工中的应用 点焊焊点质量的无损检测铸模检测压力容器衬套检测焊接过程检测轴承质量检测(2) 电气设备的红外无损检测(3) 红外泄漏检测(4) 红外元损检测的某些特殊应用 火车车轮轴承过热的测量电子产品的红外无损检测7.1风机故障概述总体可以分为： 1、电气故障：电机机组、变频器、箱式变压器等。 2、液压系统：偏航系统、变桨系统、刹车系统等方面的故障。 3、机械方面：齿轮、轴承。1、电气故障电气工作主要是指产生于电气系统故障。包括并网类一次故障和控制类二次故障。2、液压站故障液压站由阀块、阀门、传感器、过滤器、泵和油箱以及油管组成。液压站故障通常表现为阀门和泵的故障。液压系统主要分为几大压力板块：偏航系统压力、变桨系统压力、偏航刹车压力、偏航阻尼压力、液压马达制动压力、高速轴刹车压力。3、偏航驱动故障偏航驱动故障将会出现偏航压力异常，偏大偏小或是压力过快。排查过程将检查偏航板块的液压系统。主要排查偏航换向阀门、主油路电磁阀以及偏航流溢阀。4、机械故障机械故障是指单存的机械故障，严重的机械故障会在控制器报警中体现出来。按照动作可分为变桨机构、偏航机构和传动机构的机械故障。严重的机械故障：齿轮箱、主轴等故障。7.2齿轮箱故障故障1：齿轮箱油液过热原因：油液温度-长时间满负荷工作润滑油-齿轮箱发热传递7.3齿轮箱油泵过载故障1：齿轮箱油泵过载常见故障原因： 齿轮油泵过载多发生在冬季低温气象条件之下，当风电机组故障长期停机后齿轮箱温度下降较多，齿轮油粘度增加，造成油泵启动时负载较重，导致油泵电机过载。处理方法：出现该故障后应使机组处于待机状态下逐步加热齿轮油至正常值后再启动风机，避免强制启动风电机组，以免因齿轮油粘度较大造成润滑不良，损坏齿面或轴承以及润滑系统的其它部件。齿轮油泵过载的另一常见原因：（1）是部分使用年限较长的机组，油泵电机输出轴油封老化，导致齿轮油进入接线端子盒造成端子接触不良，三相电流不平衡，出现油泵过载故障。（2）若齿轮油大量进入油泵电机绕组，破坏绕组气隙，将造成油泵过载。7.4齿轮箱油封老化处理方法：应更换油封，清洗接线端子盒及电机绕组，并加温干燥后重新恢复运行。7.5风力发电机组齿轮油温度过高最新国家标准规定齿轮箱油温不能超85，造成齿轮箱油温过高的有以下因素：（1）润滑不充分；（2 ）传动部件存在卡滞现象；3）机组振动过大；4）温度传感器故障等。油温过高检查方法：（1）首先应检查润滑油供应是否充分；（2）再次检查齿轮啮合情况，有无金属杂质，传动部件有无卡滞现象；（3）再次检查机组的振动情况和温度传感器是否正常工作。注意事项：如果是因为机组长时间满发而导致的温度过高，不可盲目开机，应在机组油温恢复正常值后开机运行。润滑油检查：1）在500小时后必须进行油液的抽样检查，不管运行状况如何抽样时间不能迟于一年。2）抽样检查油液对于评定各种油液的特性（粘性、老化水融性等）是非常重要的。7.6齿轮油位低故障：齿轮油位低是由于油位低于下限，故障原因：（1）冬季长时间停机后油温度降低，油位开关因为齿轮油粘度太高而动作迟缓，产生误报；（2）传感器损坏不能正确报警；（3）齿轮箱运转前的静止油位与动态油位相差太大，动态油位偏低，不能正常报警。7.7齿轮油压力低故障：齿轮油位低故障是由于齿轮油低于油位下限，磁浮子开关动作。故障原因：(1)泵本体工作异常或润滑管路异常而引起(2)油泵排量选择不准且油位偏低，在油温较高润滑油粘度较低的条件也会出现该故障。(3)使用年限较长的风电机组因为压力开关老化，整定值发生偏移同样会导致该故障解决方法：此时需要在压力试验台上重新整定压力开关动作值。处理方法：风电机组发生该故障后，运行人员应及时到现场可靠检查齿轮油位；必要时测试传感器功能。禁止：不允许盲目复位开机，避免润滑条件不良损坏齿轮箱或者齿轮箱有明显