机械故障诊断学PPT课件

精品课件,1,设备状态监测与故障诊断,2014级硕士研究生课程李群明liqm中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,2,钟秉林,黄仁,机械故障诊断学(第3版),北京:机械工业出版社,2007;(第1版,1997)陈长征,胡立新等,设备振动分析与故障诊断技术,科学出版社,2007杨国安,机械设备故障诊断实用技术,中国石化出版社,2007屈梁生,机械故障的全息诊断原理,科学出版社,2007杨志伊,郑文,设备状态监测与故障诊断,中国计划出版社,2006张来斌等,机械设备故障诊断技术及方法,石油工业出版社,2000,参考教材,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,3,第1章绪论,1-1故障诊断的意义、内容、方法,1-2故障诊断技术的发展,1-3计算机辅助监视诊断系统的主要环节及诊断策略,1-4故障诊断与机械系统可靠性及维修性的关系,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,4,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,5,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,6,精品课件,7,采用状态监测与故障诊断的目的：采用故障诊断技术，至少可以达到以下目的：保障生产、运行安全，防止突发事故；保证设备精度，提高产品质量；实施状态维修，节约维修费用；避免设备事故造成的环境污染；提高企业的现代化生产管理水平，给企业带来较大的经济效益和良好的社会效益。状态监测与故障诊断技术应贯穿到机电设备的设计、制造、使用和维修的全过程。,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,8,故障诊断的意义：保障生产安全;改革设备维修制度;提高生产率。,2.故障的含义：设备在规定时间、规定条件下丧失规定功能的状况机械系统偏离功能；功能失效。3.状态监测：对设备的运动状况进行日常的、连续的、规范的工作状态的检查和测量,4.故障诊断技术：是了解、掌握设备在使用中的状态，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因，并预报故障发展趋势的技术。,1-1故障诊断的意义、内容、方法,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,9,5.故障诊断基本内容：,设备运行状态的监测利用监测信息，判断是否正常？发现故障苗头；,设备运行状态的趋势预报利用运行状态的发展趋势，预知设备的劣化速度，为生产安排、维修计划做准备。,故障类型、程度、部位和原因的确定为诊断决策提供依据。,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,10,6.故障诊断方法：,按诊断环境分类：离线与在线诊断；,按监测手段分类：振动监测诊断法、噪声监测诊断法、温度监测诊断法、声发射监测诊断法、压力监测诊断法、油液监测诊断法、金相分析诊断法等；,按诊断方法、原理分类：频域诊断法、时域诊断法、统计分析法、信息理论分析法、模式识别法、人工神经网络、专家系统等等；,按诊断对象分类：军械装备，矿山机械、选矿机械、旋转机械等。,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,11,总体：,第二次世界大战中，认识到这种技术的重要性；,第二次世界大战后，因对应技术未发展而发展不快；,60年代后，电子技术、计算机技术发展、1965年FFT方法和对应的数字信号处理和分析技术的发展为设备诊断技术奠定了技术基础。,1-2故障诊断技术的发展,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,12,美国：1967年成立美国机械故障预防小组MFPG，在航空、航天、军事、核能等尖端部门目前处于领先地位。英国：70年代初成立机器保健与状态监测协会，在摩擦、磨损、汽车、飞机发动机监测与诊断具有领先地位。欧洲一些国家：瑞典SPM公司-轴承监测技术，AGEMA公司-红外热像技术；丹麦B&K公司-振动、噪声监测技术；挪威-舰船诊断技术。日本：70年代起步，在民用工业（钢铁、化工、铁道等）有优势。中国：1979年第一次办学习班，80年代初开始，目前在石化、冶金、电力等行业应用较好，在其它领域逐步展开。,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,13,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,14,1.以监测仪表为主体的监测装置：如Bently序列、Philips序列等，由传感器和指示仪表构成，主要用于监测振动。缺点：幅值监测不能动态显示过程特征；强烈振动前，故障征兆不明显；仪表无分析功能，靠人工经验判断。,2.监测仪表配备软硬件装置：由传感器+频谱分析仪构成，具有频谱分析、谱阵图、波特图、轴心轨迹图等功能。缺点：不能自动判断，诊断依赖于领域专家；不能预防突发性故障；大型设备结构复杂，故障与征兆无一一对应关系，难免误诊断。,3.计算机辅助监测与诊断系统：由传感器+接口装置+计算机（含人工智能技术）组成。可实时监测和自动诊断，是机械工况监测与故障诊断的主要发展领域。（目前无商品供应，但国内外有这种系统的开发与应用）,三种层次的监测方法：,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,15,目前设备诊断技术在石化、冶金、电力、航空航天等行业中应用情况较好。例如透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家“八五”攻关项目并受到高度重视。与此相适应，一些高等院校已成立了有关的专业，并将设备诊断技术列入教学计划，这为设备诊断的后备人才提供了保证。相信今后我国的诊断技术在赶上世界水平方面将会有更快的发展。,诊断技术应用,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,16,故障诊断和状态监控的应用现状国外：美国最早，1967年美国宇航局倡导成立了机械故障预防小组（MFPG）70年代英国机械保健中心成立，并用于核发电、钢铁、电力等诊断。71年日本开始发展自己的TPM（全员生产维修）：钢铁、化工、铁路欧美许多国家都在重视发展。如瑞典SPM轴承监测、挪威船舶诊断、丹麦B&K的振动与声发射诊断,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,17,故障诊断和状态监控的应用现状国内：天津大学从1982年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、切削过程等方面的诊断与监控技术，成果有：1、设备的智能诊断与预测维修系统2、设备在线自动报警与保护通用监控系统3、动态测试与信号分析系统4、模态分析系统华中理工大学研究开发的汽轮发电机组诊断专家系统、钢丝绳诊断系统西安交大：旋转机械故障诊断RB-20，用于炼油行业国防科大：望远号远洋考察船在线监控与故障诊断系统哈工大：20万kW汽轮发电机组诊断,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,18,水轮机组状态监测,以组态方式实时显示所监测的数据，能自动识别设备的状态，出现异常时可自动报警。,精品课件,19,波形-频谱-轴心轨迹,可动态显示当前振动的时域波形、频谱、轴心轨迹，从中可了解机组故障和损坏的原因及程度,精品课件,20,智能火力发电站控制技术,智能化火电厂,负荷智能调度,煤质在线监测,排放在线监测,设备状态监控,经济优化,精品课件,21,红外监测方法,红外监测方法的基本原理红外线的划分为了研究和应用的方便，根据红外辐射与物质作用时各波长的响应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分:近红外线波长为0.763m；中红外线波长为36m；远红外线波长为615m超远红外线波长为151000m。,精品课件,22,一些诊断技术及其应用范围：（见下表）,精品课件,23,1-3计算机辅助监视诊断系统的主要环节及诊断策略1.工况监测与故障诊断系统的主要环节,精品课件,24,2.计算机辅助监测、诊断方案,精品课件,25,1-4故障诊断与产品可靠性及维修性的关系1.产品可靠性与故障诊断的关系,可靠度：产品无故障概率，可靠度函数R（t）,故障概率：F（t）,中南大学机电工程学院李群明2015年上,精品课件,26,故障规律特点：,A、B-汽缸、连杆机构、齿轮、轴承等零部件；C-航空涡轮发动机；D、E、F-电子产品。,机械设备使用全过程：磨合期（早期故障期）正常使用期（随机故障期）耗损期（磨耗故障期）,精品课件,27,2.产品可维修性与故障诊断的关系,可靠性:产品是否经久耐用可维修性:产品发生故障后是否容易诊断和修复利用率:可修复产品在某一时间内,能维持其规定功能的属性,平均无故障正常工作时间,停机维修时间,预知维修的意义:状态维修,精品课件,28,管理方面经济方面技术方面,用“设备综合工程学”的观点来确定维修方针、目标、组织人员和管理系统。以寿命周期费用最佳化为目标，根据对维修的经济性评价，从维修费、劣化损失、固定资产转移和折旧等因素来确定维修的方针、目标、组织人员和管理系统。大力发展设备监测和诊断技术，最引人注目的是故障诊断技术，改革维修方式。,3.设备维修制度的改革,精品课件,29,设备维修制度,事后维修制度-POM(PostmortemMaintenance)早期维修制度。特点：不坏不修，应用于小型设备。,预防维修制度-PM（PreventiveMaintenance）又称以时间为基础的维修制度TBM（TimeBasedMain