阅读资料2-12 设备故障诊断技术分类

阅读资料2-12，设备故障诊断技术分类1.按照诊断目的、要求和条件分类①功能诊断和运行诊断。前者主要针对新安装设备或刚维修的设备；后者更多是起到状态监测的功能。②定期诊断和连续监测。前者指间隔一段时间后对服役中设备或系统进行一次常规检查和诊断；后者是对设备或系统的运行状态进行连续的监视和检测。③直接诊断和间接诊断。前者直接根据关键零部件状态信息确定所处状态，如轴承间隙、齿面磨损，迅速可靠，但受机械结构和工作条件限制而无法实现；后者通过设备运行中的二次效应参数间接判断关键零部件的状态变化，多数二次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中出现伪警或漏检的可能性会增加。④在线诊断和离线诊断。前者对现场正在运行的设备自动实施实时监测和诊断；后者利用磁带记录仪等设备将现场状态信息记录后，回实验室再结合诊断对象的历史档案进一步分析诊断或通过网络进行诊断。⑤常规诊断和特殊诊断。前者在设备正常使用的诊断，大多数诊断属这类型，但个别情况下需创造特殊服役条件采集信号，如动力机组启动和停机过程要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速采集启动和停机中的振动信号，必须停机诊断，所要求的振动信号在常规诊断中采集不到，因而需要采用特殊诊断。⑥简易诊断和精密诊断。前者由现场操作人员听、摸、看、闻等检查，也可通过测振仪、声级计、工业内窥镜、红外线测温仪等便携式简单诊断仪器，对设备监测，根据设定标准或经验确定设备所处的状态；后者由专业人员采用先进传感器现场采集，再进行精密诊断仪器和先进分析手段综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障原因，了解故障发展趋势。2.按诊断的物理参数分类技术诊断的物理参数是噪声、瞬态振动及模态参数；声学诊断技术的物理量参数是噪声、声阻、超声及发射等；温度诊断技术的物理量参数是温度、温差、温度场及热像等；污染诊断技术的物理量参数是气、液、固体的成分变化，泄露及残留物等；无损诊断技术的物理量参数是裂纹、变形、斑点及色泽等；压力诊断技术的物理量参数是压差、压力及压力脉动等；强度诊断技术的物理量参数是力、转矩、应力及应变等；电参数诊断技术的物理量是电信号、功率及磁特性等；趋向诊断技术的物理量是设备的各种技术性能指标；综合诊断技术的物理量是各种物理参数的组合与交叉。3.按照诊断的直接对象分类机械零件诊断技术的直接诊断对象有齿轮、轴承、转轴、钢丝绳、连接件等；液压系统诊断技术的直接诊断对象有泵、阀、液压元件及液压系统等；旋转机械诊断技术的直接诊断对象有转子、轴承、叶轮、风机、泵、离心机、汽轮发电机组及水轮发电机组；往复机械诊断技术的直接诊断对象有内燃机、压气机、活塞及曲柄连杆机构等；工程结构诊断技术的直接诊断对象有金属结构、框架、桥梁、容器、建筑物、静止电气设备等；工艺流程诊断技术的直接诊断对象有各种生产工艺过程；生产系统诊断技术的直接诊断对象有各种生产系统、生产线；电气设备诊断技术的直接诊断对象有发电机、电动机、变压器、开关电器等。4.典型测量法（1）振动测量法1）振动的分类分随机振动和确定性振动。确定性振动是振动和时间的关系能用确定的函数描述的振动，周期振动又分简谐周期振动和复杂周期振动。如振动和时间的关系不能用一个确定的数学函数来描述，是随机振动。如汽车在一条凹凸不平的道路上行驶，是随机振动。简谐周期振动是振动只含有1种频率；复杂周期振动中含多种频率，其中任意2种频率之比都是有理数，即任意两种振动的周期都有1个最小公倍数。非周期振动包括准周期和瞬态振动。前者是包含多种频率的振动，其中至少两个的振动频率之比为无理数，即两者无公共周期。后者可以用脉冲函数或衰减函数描述的振动，如爆炸产生的冲击振动。2）振动的基本参数振幅、频率和相位是振动的基本参数，可以通过这三个参数描述，函数为：x(t)=Asin(2πt/T+ф)=Asin(2πft+ф)=Asin(ωt+ф)式中x(t)-振动位移函数；t-时间；A-振幅；T-振动周期；ω-角频率；ф-初始相位角。振幅表示振动体（或质点）离开其平均中心的幅度，可用峰值、有效值、平均值等表示；频率是每秒振动的次数，单位为次/s，振动体每振动一次所需的时间称周期T。只要确定出振动的主要频率成分及幅值，就可以找出振源；相位表示振动的部分对于其他振动的部分或其他固定部分处于何种位置关系，相同相位的振动可能引起合拍共振，产生严重的后果，如相位相反，可能引起振动抵消，起到减振作用。3）常用的测振传感器压电式加速度传感器。有些晶体能产生压电效应，即某种晶体在一定方向上受力产生变形时，内部极化现象，在两个表面上产生相反的电荷；当外力去除以后，又恢复到不带电状态。按照此效应原理制成压电式加速度传感器。压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。压电式加速度传感器常见的结构形式为中心压缩式，分正置压缩式、倒置压缩式、环形剪切型、三角形剪切型等，包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分，压电晶片是加速度传感器的核心。压电式加速度传感器属于能量转换型传感器，电荷产生不需外接电源，灵敏度高且稳定，线性好。压电式加速度传感器因为没有移动元件，不会因为磨损而降低寿命。此外，压电式加速度传感器使用的上限频率随其固定方式而改变，最佳固定方式是钢螺栓固定。②磁电式速度传感器。利用电磁感应原理，将振动速度转为线圈中感应电动势。测振时，传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，输出与振动速度成正比的电压。工作时不需外加电源，直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。③电涡流位移传感器。基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作，测量时，将传感器顶端与被测对象表面间的距离变化转换成与之成正比的电信号。此传感器必须借助电源才能将振动位移转变为电信号，属于能量控制型传感器。非接触器式测量，线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响。广泛采用测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。4）异常振动分析方法一般有振动总值法、频谱分析法和振动脉冲测量法。振动总值法对照“异常振动判断标准”，判别实际测量值是否超过规定值，评价设备工作状态是正常还是出现异常。振动值可用加速度、速度或位移表示，通常用振动速度。频谱分析法一般用振动总值法判别整机或部件的异常振动，但进一步查出异常原因和位置，要对振动信号进行频谱分析。振动脉冲测量法是专门用于诊断滚动轴承的磨损和损伤故障诊断的方法。滚动轴承失效时，滚道产生点蚀、剥落等缺陷，使轴承内、外环上出现凹痕，每当凹痕与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，虽增加了振动的有效值，但影响最大的是峰值。冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素而言并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。利用这一特点，计算实际冲击水平与正常冲击水平之差，可判断轴承性能的好坏。（2）噪声测量法1）噪声测量的主要参数噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，也可用人的主观感觉度量，如响度级等。声压是声波传播时，空气质点随振动所产生的压力波而引起的压强增量。仪器检测的声压为有效声压，是声压的方均根；声强是单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量；声功率是声源在单位时间内辐射出来的总声能。人耳感觉到的声音强弱与声压、声音频率有关，如频率为1000Hz、声压级为40dB的声音，听起来与频率为30Hz、声压级为75dB的声音一样“响”。要确定噪声的响度，选用频率为1000Hz的纯音作为基准音，纯音是只有一种频率的声音，调节1000Hz纯音声压级，使它和所要确定的噪声听起来有同样的响度，该噪声的响度就等于这个纯音的声压级（dB）值。2）噪声测量仪器传声器是噪声测量中最常使用的，将声能转为电能。根据膜片感受声压情况，传声器分压强式、压差式和压强压差组合式，噪声测量中通常使用的是压强式传声器。根据膜片振动转换成电能方式的不同，传声器分电容式、压电式和动圈式，电容式优点较多，一般常用在精密分析仪器和标准声级计中；压电式性能稍差，用在普通声压计中；动圈式基本不用了。电容式传声器的基本结构是一个电容器。电容式传声器属于能量控制型，需外接电源。灵敏度高、动态范围广、输出特性稳定、对周围环境的适应性强，在很大温度范围和湿度范围下性能变化小，外形尺寸比较小。压电式传声器由具有压电效应的晶体完成声电转换，属能量转换型传感器。结构简单、成本低、输出阻抗低、电容量大、灵敏度较高，但受温度、湿度影响较大，主要用在普通声级计中。声级计是噪声测量中使用最广泛、最简单的仪器，可用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。按照规定，使用声级计时，每次测量开始和结束时要校准，两次差值不应大于1dB。使用的校准方法有活塞发生器校准法、扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等，活塞发生器校准法最常用、最简单。3）故障的噪声识别法只有噪声超过一定范围时，才能判断可能发生故障。根据噪声信号的特征量限制，作为有无故障的标准。对噪声信号的变异和程度进行判断有绝对标准、相对标准和类比标准。绝对标准中，对测量的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；相对标准中，对测取得噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；类比标准中，对同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。（3）温度测量法通过温度测量可以找出机件缺陷，并能诊断出各种由热应力引起的故障，温度测量法与射线、超声、涡流等无损探测法比较，有其特点。温度测量法是利用温度测量的方法，对机械设备或设备上某部分的发热状态监测，以此判断设备的运行状态和故障程度。温度测量法是故障诊断中的实用有效的诊断方法，温度监测约占工业检测总数的50%。1）接触式测温是测温元件与被测对象直接接触，通过热交换进行测温的方式。膨胀式测温常见有水银、双金属、液体、气体等方法，基于物体受热时产生膨胀的原理，分液体膨胀式和固体膨胀式。膨胀式温度计种类多，可分液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。铂、镍、铜、半导体等热电阻式的材料电阻随温度变化而变化，利用这个特性，可以将温度转换成为电量。热电阻温度计就是利用材料的电阻率随温度的变化而变化的特性，与电桥相配合，将温度按一定函数关系转换为电量测温。热电阻式测温有金属热电阻温度计和半导体热电阻温度计。常用的金属热电阻有铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻等，有普通型热电阻和铠装热电阻。工业用普通热电阻外形结构与普通型热电偶的外形结构基本相同。热电阻由引出线、热电阻丝、骨架、保护云母片和绷带组成。铠装热电阻体积小、响应速度快、耐振、抗冲击，感温元件、连接导线及保护管套全封闭并连成一体，使用寿命长。半导体热电阻材料是将各种氧化物如锰、镍、铜和铁的氧化物按比例混合压制而成。温度测量范围-100～300℃，电阻温度系数大、电阻率高，感温元件体积小，可做成片状、棒状和珠状，可测空隙、腔体、内孔等处的温度。但性能不够稳定、互换性差，应用受到限制。热电偶式包括镍铬-铜，镍铬-镍硅、铂铑-铂等。热电偶由两根不同材料的导体A、B焊接而成。焊合的一端T为工作端（热端），插入被测介质中测温，连接导线的另一端To为自由端（冷端），若两端所处温度不同，产生的热电动势由仪表指示。热电偶的热电动势与热电偶的材料，两端温度T、To有关，与热电极长度、直径无关。在冷端To不变，热电偶材料已确定时，热电动势是被测温度的函数。实际使用的热电偶分普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶的结构外形有多种形式，但其基本结构均由保护套管、热电极、绝缘套管和接线盒等主要部分组成。由于感温元件与被测介质直接接触，接触式测温仪表的测温精度相对较高、直观可靠，且价格较低；但感温元件与被测介质直接接触，影响被测介质的热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差，如被测介质具有腐蚀性或温度太高，也将严重影响感温元件的性能和寿命。2）非接触式测温测温元件不与被测对象直接接触，而通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象温度的测温方式。辐射高温计习惯上也成全辐射温度计，是根据全辐射定律，基于被测物体的辐射热效应进行工作，专指由以热电堆为热接受元件的辐射感温器与电压指示或记录仪表构成的温度测量仪表。灵敏度高、坚固耐用，可测较低温度，但测量易受环境中水蒸气、CO2的影响。光学高温计是在确定波长下，根据M.普朗克定律通过测量单色辐射强度即单色辐射亮度测温。光学高温计发展的最早，应用最广，结构简单、使用方便、测温范围700-3200℃，常用于测量高温炉窑。比色高温计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射下的亮度之比测量温度，准确度高、响应快、可测量小目标，适用于冶金、水泥、玻璃等行业，常用于测量铁液、熔渣及回转窑物料温度等。红外线测温仪由红外探测器、红外光学系统、信号处理系统及显示系统等组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚集在光电探测器上转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。按照辐射响应方式不同，红外测温仪分光电探测器和热敏探测器。红外测温仪有红外测温仪和红外热像仪。红外测温仪最简单，品种多、用途广泛、