设备状态振动监测与故障诊断演示幻灯片课件.ppt
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1、设备状态振动监测设备状态振动监测 与故障诊断与故障诊断1目录目录第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节: 故障诊断的概念故障诊断的概念第二节:故障诊断技术的工作原理第二节:故障诊断技术的工作原理 和工和方法和工和方法 第三节:故障诊断技术的层次第三节:故障诊断技术的层次2第二章第二章 振动理论振动理论第一节:振动的概念和分类第一节:振动的概念和分类第二节第二节: 自由振动自由振动第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术第一节:振动监测系统的组成第一节:振动监测系统的组成第二节:振动诊断技术的实施过程第二节:振动诊断技术的实施过程 目录目录3第一章第一章 绪论绪论第一节第一节:故障诊断的概念故障诊断
2、的概念 一、设备技术状态及监测 设备从投入使用时开始,其工作状态和技术指标(技术状态)就一直发生变化,如任其发展,就会产生故障,甚至造成严重后果。 为了避免设备事故,保障人身和设备安全,必须对设备进行测,使人们随时掌握设备的技术状态,从而使设备维修和管理更趋科学化。 4二、故障与维修故障-一台装置在它应达到的功能上丧失了能力,并非纯指失效或损坏。维修-设备经过运行使用之后,性能将逐渐变差,必须及时将劣化了的性能加以恢复,这就是设备维修。第一章第一章 绪论5二、故障与维修1,事后维修 没有采用有效的监测手段,通常在设备损坏之后进行修理;适用于造价低的设备,且设备事故对人身不会造成伤害、对生产和工
3、艺没有大影响的情况。 第一章第一章 绪论62,2,定期预防维修定期预防维修 设备按固定的周期进行维修,对保证设备安全运行,减少维修费用能起到一定的作用;但检修周期基本上是凭人的经验加上某些统计资料来制定,它很难预防许多由于随机因素引起的事故,而且会造成过剩维修。 第一章第一章 绪论7 例:联合航空公司和美国航空公司对235套机械设备作了一个普查,发现只有8%的设备故障率随时间的推移按照一定的规律增加,其余92%的设备故障率近似为一个常数。多数设备故障率并不随时间增加而变大,全部设备都定期进行检修是不科学的,无形中浪费了大量人力和物力,减少了设备可用运行的时间,-过剩维修。第一章第一章 绪论83
4、.状态维修 一种新的维修方式,需要预先掌握设备的实际技术状态,据此决定维修工作。基本原则:只有当测量结果表明有必要检修的时候才进行检修。-按“需”维修。定期维修变成定期检测设备的运行状态,根据设备状态劣化的程度,在故障发生前的某个时间内做好检修准备,有针对性地、有计划地安排停工修理。第一章第一章 绪论9三、故障诊断的定义 诊:对设备客观状态作检测; 断:确定故障的性质、程度、部位,产生的原因,提出对策。第一章第一章 绪论10两个特点:1,应用了许多现代化的监测仪器和分析诊断系统。电子技术、计算机技术、信号分析技术从硬件到软件发展达到新的技术水平,现在可供使用的仪器和监测系统,从便携式仪器到成套
5、设备,到人工智能的专家系统均已出现。 第一章第一章 绪论112,动态诊断。 设备故障诊断就是在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下,监测设备运行的状态,预测故障的部位和原因以及其对设备未来运行的影响,从而找出对策的一门技术。第一章第一章 绪论12一、故障诊断技术的工作原理 在设备监测和故障诊断技术中,异常及故障的表现叫做征兆,征兆的特点叫模式。 要将故障征兆进行分类(如振动、噪声、变形、殘留物、松动、斑点、坑、断裂等),弄清故障类别(磨损、裂纹、腐蚀、不平衡、不对中、泄漏等),性质(渐发生、扩展性),程度(局部故障、整机故障等)。在掌握了具体类别后,可根据故障机理预测其发展情况,提出相应对策。第
6、一章第一章 绪论第二节第二节: :故障诊断技术的工作原理和工和方法故障诊断技术的工作原理和工和方法 13四方面的工作内容:1,信号检测:正确选择测试仪器和测试方法,准确地测量出反映设备实际状态的各种信号温度、应力、振动等)。建立起来的状态信号属于初始模式。2,特征提取:将初始模式的状态信号通过放大或压缩、形式变换、去除噪声干扰等处理,提取故障特征,形成待检模式 第一章第一章 绪论143,状态识别:根据理论分析结合故障案例,采用数据库技术所建立起来的故障档案库为基准模式,把待检模式与基准模式进行比较和分类,即可区别设备的正常与异常。4,预报决策:经过判别,对属于正常状态的设备可继续监视;对属于异
7、常状态的设备则要查明故障情况,做出趋势分析,估计其发展和可继续运行的时间及提出控制措施和维修决策。第一章第一章 绪论15二、故障诊断技术的工作方法 第一章第一章 绪论序号 故障征兆工作方法应用场合1振动强度测定、频谱分析、SPM脉冲诊断旋转机械、往复机械、流体机械、转轴、轴承、齿轮等2温度红外测温、红外热象、热电偶热工设备、工业炉窑、电动机、电器、电子设备等3油液油品的理化性能、磨粒的铁谱分析及油液的光谱分析设备润滑系统、有摩擦的传动系统、电子变压器等16第一章第一章 绪论4声学噪声、声阻、超声波、声发射等压力容器及管道、流体机械、工业阀门、断路开关等5强度载荷、扭矩、应力、应变等起重运输设备
8、、各种工程结构等6压力压力、压差、压力联动等液压系统、流体机械、内燃机、气压系统等7点蚀和裂纹着色渗透、X射线、磁粉探伤、声发射等设备及零件的表面损伤、交换器及管道内孔等其中以振动、油液、温度、声学应用最多 17第三节 故障诊断技术的层次 一、简易诊断技术有以下特点:1,由设备维护人员在生产现场进行。2,使用的诊断仪器及检测仪表较简单和便于携带。3,只对设备有无故障、故障的严重程度及其发展趋 势做出定性的初步判断。4,相关的技术知识和经验比较简单。第一章第一章 绪论18 5,采集的故障信号应该储存建档 适宜于安装调试阶段用以检查和排除运输过程及安装施工中的缺陷以及在使用维护价段进行状态监测,发
9、现事故隐患,掌握设备的劣化趋势。第一章第一章 绪论19 二、精密诊断技术 使用精密仪器,对设备技术状态作出详细评价的技术。有以下特点 :1,诊断由具有一定经验的工程技术人员在生产现场或诊断中心完成。2,使用的诊断仪器比较复杂。3,对设备故障的存在部位、发生原因及故障类型进行识别和定量分析。第一章第一章 绪论204,相关的技术知识和经验比较复杂,需要较多的学科配合。5,对信号进行深入的处理,并根据需要预测设备寿命。 一般用于关键机组和诊断比较复杂的故障原因。除用于设备的开发研制过程外,更多用于维修阶段,费用较高,当简易诊断难以确诊时才采用。第一章第一章 绪论21第一节 振动的概念和分类,一、振动
10、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。第二章第二章 振动理论概述振动理论概述上限下限平衡位置弹簧振动22情况可用位移、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。第二章第二章 振动理论概述振动理论概述23 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。 第二章第二章
11、振动理论概述振动理论概述24二、振动的分类机械振动分为:规则振动,随机振动。若设备故障程度加剧,则随机振动中周期成分加强,从而整台设备振动增大。按产生振动原因分类: 自由振动:给系统一定的能量后,系统所产生的振动,若无阻尼,则维持等幅振动,若有阻尼,则为衰减振动。第二章第二章 振动理论概述振动理论概述25 受迫振动:由周期变化的外力作用所引起的,如不平衡,不对中所引起的。 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
12、动,多属于受迫振动和自激振动。第二章第二章 振动理论概述振动理论概述26 第一节:振动监测系统的组成 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术测振传感器与信号调理器信号记录仪信号分析与处理设备观测对象结果振动测试系统组成27 一、测振传感器(一)振动加速度传感器050kHz 有静电加速度传感器、激光加速度传感器、电磁加速度传感器、压电加速度传感器等到。其中压电加速度传感器具有很多优点:体积小、质量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术28 此处重点介绍压电加速度传器: 压电效应:某些介质,如石英、钛酸钡等,当沿着一定的方向对其施加压力
13、而使之变形时,其内部发生极化现象,同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去除后,电介质又重新恢复到不带电的状态。介质的压电效应是可逆的,即在电介质的极化方向施加电场,这些电介质也会产生变形,这种由电能转换为机械能的现象称为逆压电效应 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术29电介质在外力作用下产生压电效应时,有如下关系式: q=A=Fq压电元件表面的电荷量,C;F压电元件表面所受的压力,N;压电元件表面的压强,N/m2;A压电元件的工作表面积,m2;压电材料的压电系数,C/N;第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术30 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
14、: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。 转换性能:压电常数应较大。 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。 环境适应性:要求温度、湿度稳定性好 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术31 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;第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术 m kCXrxs= xosint 32 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;第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术33 等效电路如图:第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术34 由等效电路可知,压
15、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。第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术35 加速度传感器使用注意事项:(1)湿度影响: 环境的湿度增大,会使传感器的绝缘电阻(泄漏电阻)减少,从而使传感器的低频响应特性变坏。因此传感器的有关部份的绝缘一定要有保证。对长期在潮湿环境或水下工作的传感器,应采取防潮密封措施,易进水的线接头要加以密封。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术36(2)温度影响: 石英常用于标准传感器是因为石英晶体对温度不敏感,而温度对压电陶瓷的压
16、电系数和介电常数的影响则大得多,采用压电陶瓷作为传感器,一般要进行人工老化处理。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术37(3)电缆噪声: 电缆受到突然的扰动或振动时,自身会产生噪声由于压电式传感器电电容性的,在低频时其内阻抗极高,电缆里产生的噪声不会很快消失,成为一种干扰信号。为减少电缆噪声常采用以下办法:一是选用特制的低噪声电缆,二是在测量过程中将电缆固定以避免相对运动。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术38如图所示:第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术不正确正确39(4)接地回路噪声: 不同接地点之间易存在电位差U,该电位差会在接地回路中形成回路电流,在测量系统中就产生了噪声。
17、防止接地回路中产生噪声信号的办法是整个测量系统在一点接地。 接地点最好选在记录设备的输入端。安装时要将传感器和放大器对地隔离。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术40第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术防止措施41(5) 传感器横向灵敏度的影响: 加速度传感器只有当振动沿其主轴方向发生时才会有信号输出,也就是说,传感器最大灵敏度的方向应该与传感受器的主轴重合。如果使传感器的最小横向灵敏度方向与被测物体的横向振动方向一致,则可最大限度地降低横向灵敏度的影响,使测量误差减为最少。 第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术42(6)传感器安装方式的影响:第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术序号
18、 安装方式安装示意图特点1钢制双头螺栓安装频响特性最好,基本不降低传感器的频响性能.负荷加速度最大,是最好的安装方法,适合于冲击测量.2绝缘螺栓加云母垫片频响特性近似于没加云母片的双头螺栓安装,负荷加速度大,适合于需要电器绝缘的场合.3用胶黏剂固定用黏胶剂固定,和绝缘法一样,频响特性良好,可达10Hz43第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术序号 安装方式安装示意图特点4用钢性高的蜡固定频率特性好,但不耐温5永久磁铁安装只适用于12kHz的测量,负荷加速度中等(200g),使用温度一般150.6手持用手按住,频响特性最差,负荷加速度小,只适用于1kHz的测量,其最大优点是使用方便.44第二节:
19、振动诊断技术的实施过程 一、诊断对象的确定 必须经过充分的调查研究,有重点地选定用作监测对象的设备(1) 一般是连续作业和流程作业中设备。(2) 停机或存在故障会造成很大损失的设备。(3) 故障发生后,会就成环境污染的设备。第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术45 (4) 维修费用高的设备。 (5) 设有备用机组的关键设备。 (6)价格昂贵的大型精密和成套设备。(7)容易造成人身安全事故的设备。(8)容易发生故障的设备。第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术46二、诊断方案的确定1,选择测点 选择最隹的测量点并采用合适的检测方法是获取设备运行状态的重要条件。测量点选择的正确与否,关系到能否对
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