设备检测技术与故障诊断3

1、一、设备监测技术与故障诊断的基本概念一、设备监测技术与故障诊断的基本概念 o设备状态监测与故障诊断是在基本不拆卸的情况下通过掌握设备设备状态监测与故障诊断是在基本不拆卸的情况下通过掌握设备 过去和现在运行中的状态量过去和现在运行中的状态量,判断有关异常或故障的原因及预测对判断有关异常或故障的原因及预测对 将来的影响将来的影响,从而找出必要对策的技术。从而找出必要对策的技术。 o它是在动态情况下它是在动态情况下,利用机械设备劣化进程中产生的信息即振动、利用机械设备劣化进程中产生的信息即振动、 噪声、压力、温度、流量、润滑状态及其他指标等来进行状态分噪声、压力、温度、流量、润滑状态及其他指标等来进

2、行状态分 析和故障诊断析和故障诊断;是一门综合性技术是一门综合性技术,涉及传感器及测试技术、电子学、涉及传感器及测试技术、电子学、 信号处理、识别理论、计算机技术以及人工智能、专家系统等多信号处理、识别理论、计算机技术以及人工智能、专家系统等多 种基础学科和技术学科种基础学科和技术学科,是对这些基础理论的综合利用。是对这些基础理论的综合利用。 二、设备监测技术与故障诊断的发展及现状二、设备监测技术与故障诊断的发展及现状 o美国最早开展机械故障诊断技术的研究。早在美国最早开展机械故障诊断技术的研究。早在1967年年,美国就成立了机械故障美国就成立了机械故障 预防小组预防小组(MFPG),开始有组

3、织有计划地对机械诊断技术进行专题研究开始有组织有计划地对机械诊断技术进行专题研究,并成功并成功 的运用于航天、航空、军事等行业的机械设备中。的运用于航天、航空、军事等行业的机械设备中。 o日本在钢铁、化工、铁路等民用工业部门的诊断技术方面发展很快日本在钢铁、化工、铁路等民用工业部门的诊断技术方面发展很快,并具有较并具有较 高水平。高水平。 o丹麦在机械振动监测诊断和声发射监测仪器方面具有较高水平。丹麦在机械振动监测诊断和声发射监测仪器方面具有较高水平。 o我国在机械故障诊断技术方面的研究和应用始于二十世纪八十年代故障诊断我国在机械故障诊断技术方面的研究和应用始于二十世纪八十年代故障诊断 研究机

4、构的组建。其发展经历了从简易诊断到精密诊断研究机构的组建。其发展经历了从简易诊断到精密诊断,从一般诊断到智能诊从一般诊断到智能诊 断断,从单机诊断到网络诊断的过程。与国外发达国家相比从单机诊断到网络诊断的过程。与国外发达国家相比,我国虽然在理论上我国虽然在理论上 跟踪较紧跟踪较紧,但总体而言但总体而言,在机械设备诊断的可靠性等方面仍有一定差距。在机械设备诊断的可靠性等方面仍有一定差距。 三、故障诊断与监测技术的分类三、故障诊断与监测技术的分类 o按照诊断方法的完善程度可分为：简易诊断和精密诊断按照诊断方法的完善程度可分为：简易诊断和精密诊断 o（1）简易诊断）简易诊断 o 对设备有无故障及故障

5、严重程度做出初步判断，例如：鞍钢对设备有无故障及故障严重程度做出初步判断，例如：鞍钢“五感点检五感点检 法法”、上海容知便携式点检仪，鞍钢目前处于简易诊断阶段。、上海容知便携式点检仪，鞍钢目前处于简易诊断阶段。 o（2）精密诊断）精密诊断 o 在简易诊断基础上，对故障的部位、类别、原因、发展趋势、做出准确在简易诊断基础上，对故障的部位、类别、原因、发展趋势、做出准确 的判断和预报。的判断和预报。 精密诊断使用的仪器设备有：精密诊断使用的仪器设备有： 1）精密的分析诊断仪器）精密的分析诊断仪器 2）以计算机为基础的多功能诊断检测、诊断系统）以计算机为基础的多功能诊断检测、诊断系统 3）专家系统（

6、专家知识和推理存入计算机）专家系统（专家知识和推理存入计算机） 4）人工神经网络（人工智能判断、处理）人工神经网络（人工智能判断、处理） 四、设备故障诊断过程四、设备故障诊断过程 设备设备 信息采集信息采集 信息处理信息处理 状状 态态 识识 别别 诊断决策诊断决策 故障档案故障档案 人工智能人工智能 正常正常 异常异常 五、常用的检测与诊断技术五、常用的检测与诊断技术 o一、振动分析法：一、振动分析法： o（1）用途：）用途：回转机械故障诊断回转机械故障诊断 o（2）意义：）意义：设备发生故障时会通过振动反应出来（例如振幅变大），振动振动 信号包含了丰富的机械运行状态信息，且信号易于拾取便于

7、在不影响机器运信号包含了丰富的机械运行状态信息，且信号易于拾取便于在不影响机器运 行的情况下实行在线监测和诊断。行的情况下实行在线监测和诊断。 o（3）回转机械常见故障：）回转机械常见故障： o不平衡：质量中心偏离转动中心不平衡：质量中心偏离转动中心 o不对中：轴线不平行或不重合不对中：轴线不平行或不重合 o松动松动 o齿轮故障齿轮故障 o轴承故障轴承故障 o电机故障电机故障 不平衡时的振动时域波形和频谱不平衡时的振动时域波形和频谱 不对中时的振动时域波形和频谱不对中时的振动时域波形和频谱 松动时的振动时域波形和频谱松动时的振动时域波形和频谱 （4）振动分析方法：）振动分析方法： 1 1、时域

8、时域波形分析法波形分析法 时域波形中出现明显的冲击信号，齿轮箱故障严重。时域波形中出现明显的冲击信号，齿轮箱故障严重。 2、频率分析法、频率分析法 3、统计分析法、统计分析法 o二、油液分析法二、油液分析法 o（1）用途：）用途： o1）润滑油品的合理选用及质量监督；润滑油品的合理选用及质量监督； o2）监测设备润滑与磨损状态，发现造成润滑故障的原因。监测设备润滑与磨损状态，发现造成润滑故障的原因。 o3）指导科学维护及改善设备润滑。指导科学维护及改善设备润滑。 o（2）意义：）意义：检测油品质量好坏，及时了解设备的润滑状态，科学指检测油品质量好坏，及时了解设备的润滑状态，科学指 导设备维护，

9、提高设备运行的可靠性。导设备维护，提高设备运行的可靠性。 o（3）油液分析的具体方法：）油液分析的具体方法： o1)1)光谱分析光谱分析 oA)A)发射光谱分析发射光谱分析 o 用于分析油中所含金属的种类和数量。油品添加剂自身带来的元素有ca、 Ba、P等,摩擦副表面产生的磨损颗粒混入油中使油中Fe、Al、Pb、Cr、Cu 等元素明显增加。 oB)B)红外光谱分析红外光谱分析 o 红外光谱监测项目包括氧化值、硝碱值、总碱值、水分、积碳、燃油稀释 等十余项，分析的结果准确、快速、有效。 o2 2）铁谱分析）铁谱分析 o利用铁谱分析可直接分析油中金属颗粒的尺寸、形态、颜色、数量及分布状 况等。 用

10、上图方法取样后，通过铁谱片读数仪和铁谱显微镜便可分析铁谱片上用上图方法取样后，通过铁谱片读数仪和铁谱显微镜便可分析铁谱片上 微粒的尺寸，形状和颜色，分析微粒的成分，判断磨损的类型和来源。微粒的尺寸，形状和颜色，分析微粒的成分，判断磨损的类型和来源。 o3)3)磁塞检查法磁塞检查法 o 用带磁性的塞头，插入润滑系统管道，收集油液中的微粒，取出后用读数用带磁性的塞头，插入润滑系统管道，收集油液中的微粒，取出后用读数 显微镜直接观察微粒的大小、数量、形状，判断机械零件的磨损状态显微镜直接观察微粒的大小、数量、形状，判断机械零件的磨损状态。该该 方法直接简单，但只能检测大微粒可靠性低。下图为上述三种方

11、法的微粒测方法直接简单，但只能检测大微粒可靠性低。下图为上述三种方法的微粒测 量范围。量范围。 o三、红外检测法三、红外检测法 o（1）用途：）用途：测温、检测板坯位置、红外热电视测温、检测板坯位置、红外热电视 o（2）优点：）优点：非接触式测量、响应速度快非接触式测量、响应速度快 o（3）1580应用：应用：红外测温仪检测设备温度（通过温升判断设备故障）、红外测温仪检测设备温度（通过温升判断设备故障）、 板坯温度、判断板坯位置。板坯温度、判断板坯位置。 o四、超声波检测法四、超声波检测法 o（1）用途：）用途：高压水、液压管道检测，以判断腐蚀情况和腐蚀位置。 o（2）优点：）优点：精确度高、

12、使用方便、对材料杂质不敏感精确度高、使用方便、对材料杂质不敏感 o（3 3）超声波探伤方法）超声波探伤方法: : o 1) 1)脉冲反射法脉冲反射法 o 超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来 检测试件缺陷的方法。检测试件缺陷的方法。 o 2 2）穿透法）穿透法 o 依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况。依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况。 o 3）共振法）共振法 o 用相邻的两个共振频率之差用相邻的两个共振频率之差,计算出试件厚度计算出试件厚度 o五、远程故障诊断系统五、远程故障诊

13、断系统 o 远程设备故障诊断技术是传统的故障诊断技术与网络技术、计算机技术远程设备故障诊断技术是传统的故障诊断技术与网络技术、计算机技术 和现代通信技术想结合的一种新型诊断技术和现代通信技术想结合的一种新型诊断技术 o(1)(1)优点：优点：智能化实时监控、智能化实时监控、 效率高、安全可靠、便于共享，是实现无人点效率高、安全可靠、便于共享，是实现无人点 检的必备技术。检的必备技术。 （2 2）涉及的技术：）涉及的技术：传感器及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算传感器及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算 机技术以及人工智能、专家系统等。机技术以及人工智能、专家系统等。 （3 3

14、）基本原理图）基本原理图（如下图所示） （4 4）举例：武钢轧机齿轮箱远程监测诊断系统）举例：武钢轧机齿轮箱远程监测诊断系统 武钢轧机远程监测诊断系统原理图武钢轧机远程监测诊断系统原理图 A A）武钢轧机齿轮箱远程监测系统工作原理：）武钢轧机齿轮箱远程监测系统工作原理： 通过加速度传感器、转速传感器、温度传感器分别采集振动信号、转速通过加速度传感器、转速传感器、温度传感器分别采集振动信号、转速 信号、温度信号；通过信息预处理仪对所采集的信号进行处理，除去干扰信信号、温度信号；通过信息预处理仪对所采集的信号进行处理，除去干扰信 号，通过号，通过A/DA/D转换卡将模拟信号转换成数字信号以便计算机

15、识别；通过计算机转换卡将模拟信号转换成数字信号以便计算机识别；通过计算机 将采集的信号将采集的信号显示出来，当振动值、转速、温度超过设定值时自动报警，并显示出来，当振动值、转速、温度超过设定值时自动报警，并 提供频谱分析等功能。提供频谱分析等功能。 B B）监控界面图）监控界面图（如下图所示）（如下图所示） （5）我的设想：）我的设想：基于基于Internet网的网的1580R1轧机智能化点检系统研究轧机智能化点检系统研究 R1轧机的动态信号通过压力、温度及其他传感器采集、经过模拟量输 入模块SM331上传到PLC，开关量信号经过数字量输入模块SM321上 传到PLC，PLC根据梯形图程序将输入信号处理后通过SM322输出模 块传送到现场执行器，从而实现了对R1轧机的自动控制。PLC再将信 号以变量的形式通过TCP/IP协议传送到PLC的上位机WinCC，在 WinCC中将以三维图形直观地显示设备的运行状况及各变量的变化