设备故障诊断.

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1、第七章 机械设备的故障诊断 第七章 机械设备的故障诊断 学习目标：通过本章学习，了解机械故障诊断 技术的方法及分类；熟悉诊断参数的选择、 判断标准的确定及信号采集的方法及原则； 掌握常用的故障诊断方法 。 学习重点： 1、诊断参数的选择和判断标准的确定 2、故障诊断的信号采集 3、油样分析法的步骤、原理及内容 学习难点： 常用的故障诊断方法应用。 劣化渐变过程如下： 设备劣化的渐变过程 第一节 设备故障概述 一、故障及其分类 （一）故障的概念： l故障就是设备因为某种原因丧失规定功能的现象。 1）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统； 2）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。 （二）故障的

2、分类 1）按故障发生、发展的过程分类 l(1)突发性故障 l故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的 破坏性。 (2)渐发性故障 l是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许 的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐 蚀、疲劳等密切相关，特点是： l故障一般发生在元器件有效寿命的后期； l有规律，可以预防； l发生概率与设备运转时间有关。 第一节 设备故障概述 2）按故障的性质分类 l分为自然故障和人为故障。 l(1)自然故障：设备自身原因造成。 l又分正常自然故障和异常自然故障。 l正常自然故障 一般具有规律性，设备正常工作磨损、腐蚀引 起的故障，会对设备的

3、自然寿命产生影响。 l异常自然故障 因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环 节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。 第一节 设备故障概述 (2)人为故障：操作使用不当或意外原因造成。 l为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免 人为故障的结构，将人、机作为一个系统加以 考虑，以有效地诊断和控制故障。 第一节 设备故障概述 l可归结为三方面，环境因素、人为因素和时间 因素。 （一）环境因素 l所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、 振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损 、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。 l表7-1表示了由于机械能、热能、化学能、其 他能量等环境因素引起的故障。

4、 二、引起故障的外因 第一节 设备故障概述 表7-1 环境影响及引起的故障 环境因 素 主要影响典型故障 机械能 产产生振动动、冲击击、压压力 、加速度、机械应应力等 机械强度降低、功能受影响、磨损损加剧剧 、过过量变变形、疲劳劳破坏、机件断裂 热热能 产产生热热老化、氧化、 软软化、熔化、粘性变变化、 固化、脆化、热胀热胀 冷缩缩及 热应热应 力等 电电气性能变变化、润润滑性能降低、机械应应 力增加、磨损损加剧剧、机械强度降低、腐蚀蚀 加速、热热疲劳劳破坏、密封性能破坏 化学能 产产生受潮、干燥、脆化 、腐蚀蚀、电蚀电蚀 、化学反应应 及污污染等 功能受影响、电电气性能下降、机械性 能降低、

5、保护层损护层损 坏、表面变质变质 、化学 反应应加剧剧、机械断裂 其他能 量 产产生脆化、加热热、蜕蜕化 、电电离及磁化 表面变质变质 、材料褪色、热热老化、氧化 、材料的物理、化学、电电气性能发发生变变化 注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。 第一节 设备故障概述 （二）人为因素 l设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人 为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因 于人为因素。 1. 设计不良 l受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。 2. 质量偏差 l由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造 、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷， 或其他加工过程中

6、造成机件在结构和质量上的偏差。 第一节 设备故障概述 3. 使用不当 l一台设备，在其整个生存周期内合理的运输 和保管条件、使用条件和使用方法、维护保 养和修理制度以及操作人员的技术水平等， 对实际故障率将产生很大影响。 l这三项人为因素中，对故障率影响最大的人 为因素是使用不当。 第一节 设备故障概述 （三）时间因素 l环境因素、人为因素是促使设备发生故障的诱因，在考虑 环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。 l常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的 关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因 ，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，时间也是 形成故障的主要外因之一。

7、l在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都 属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故 障诊断提供了可能。 第一节 设备故障概述 何谓设备故障诊断技术? 所谓设备故障诊断技术是指在设备 运行中或基本不拆卸的情况下，掌握设 备的运行技术状况，预测设备的可靠性 ，或判断设备故障的部位和原因，即人 们常说的动态诊断或在线诊断。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 . 原始的诊断技术 用手摸，以测定它的温度是否过高，振动是否 过大；用耳听，以判别运动部件是否有异声等等， 这种凭人们的感觉、听觉和人们的经验对机器设备 的健康进行诊断的方法，我们把它叫做传统的诊断 技术-或叫做原始的

8、诊断技术。 现代的诊断技术 现代的诊断技术是指应用最新的现代化仪器设 备和电子计算机系统等当代的最新技术来检查和识 别机械设备及其零部件的实时技术状态，诊断它是 否健康的技术。现在我们所说的诊断技术就是指这 种现代诊断技术。 一、设备故障诊断的实施过程 l测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信 号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及 其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技 术状态，从而确定必要的对策。信号采集特征提取状态 识别诊断决策 l诊断技术划分为三个阶段：状态监测，分析诊断，治理预防 。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 第二节 设备故障诊

9、断技术 及其实施过程 （一） 状态监测 l通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为 电信号或者其他信号，再把这个信号送到信号处理系统进 行处理。 l信号处理系统主要就是把有用信号提取出来，而把无用信 号、干扰信号排除。 （二） 分析诊断 包括状态识别和诊断决策两个部分，状态识别就是把这些 参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来 识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以 做出诊断结果，即分析诊断。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 l（三） 治理预防 根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防 的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修 等等。 第二节 设备故障

10、诊断技术 及其实施过程 二、状态监测与故障诊断的区别与联系 l状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态 监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测 结果的进一步分析和处理，诊断是目的。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 三、设备故障诊断技术的分类 l有三种分类方法： （一）按照诊断的目的、要求和条件分类 l分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续监测 、直接诊断和间接诊断、在线诊断和离线诊断、 常规诊断和特殊诊断、简易诊断和精密诊断等等 。 l 1. 功能诊断和运行诊断 l功能诊断主要是针对新安装的设备或刚刚维修过 的设备，而运行诊断更多是起到状态监测的功能 。 第二节 设备故障诊断技术 及

11、其实施过程 l2. 定期诊断和连续监测 3. 直接诊断和间接诊断 l直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来 确定其所处的状态，例如轴承间隙、齿面磨损. 直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工 作条件的限制而无法实现。 l间接诊断是通过设备运行中的二次效应参数来 间接判断关键零部件的状态变化。由于多数二 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。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 4. 在线诊断和离线诊断 l在线是指对现场正在运行设备的自动实时监测； l而离线监测是利用磁带记录仪等将现场的状态信 号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史 档案进行进一步的

12、分析诊断或通过网络进行的诊 断。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 5. 常规诊断和特殊诊断 l常规诊断是在设备正常服役条件下进行的诊断 ，大多数诊断属于这一类型诊断。 l但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来 采集信号，例如，动力机组的起动和停机过程 要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速 采集起动和停机过程中的振动信号，停车对诊 断其故障是必须的，所要求的振动信号在常规 诊断中是采集不到的，因而需要采用特殊诊断 。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 6. 简易诊断和精密诊断 l简易诊断一般由现场作业人员进行。凭着听、摸、 看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器，如 测振仪

13、、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设 备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确 定设备是否处于正常状态。 l精密诊断一般要由专业人员来实施。采用先进的传 感器采集现场信号，然后采用精密诊断仪器和各种 先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技 术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位 和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 （二）按诊断的物理参数分类 l振动、声学、温度、污染、无损诊断、压力诊断等，都是按 物理参数分类。 诊断技术名称状态检测参数 振动诊断技术 平衡振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数 声学诊断技术 噪声、声阻、超声以及发射等

14、温度诊断技术 温度、温差、温度场以及热象等 污染诊断技术 气、液、固体的成分变化，泄漏及残留物等 无损诊断技术 裂纹、变形、斑点及色泽等 压力诊断技术 压差、压力及压力脉动等 强度诊断技术 力、扭矩、应力及应变等 电参数诊断技术 电信号、功率及磁特性等 趋向诊断技术 设备的各种技术性能指标 综合诊断技术 各种物理参数的组合与交叉 表7-2 按诊断的物理参数分类 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程 （三）按照按诊断的直接对象分类 l各种不同的对象，诊断方法、诊断的技术、诊断的设备都有 很大区别，按照机械零件、液压系统、旋转机械、往复机械 、工程结构等来进行区分。 表7-3 按直接诊断对象分类

15、 诊断技术名称直接诊断对象 机械零件诊断技术 齿轮、轴承、转轴、钢丝绳、连接件等 液压系统诊断技术 泵、阀、液压元件及液压系统等 旋转机械诊断技术 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等 往复机械诊断技术 内燃机、压气机、活塞及曲柄连杆机构等 工程结构诊断技术 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 各种生产工艺过程 生产系统诊断技术各种生产系统、生产线 电器设备诊断技术 发电机、电动机、变压器、开关电器 一、诊断参数的选择 （ 一）诊断参数选择原则 （）诊断参数的多能性 （）诊断参数的灵敏性 （）诊断参数应呈单值性 （）诊断参数的稳

16、定性 （）诊断参数应具有一定的物理意义，应能量化，即 可以用数字表示。 旋转机械、金属切削机床常用的诊断参数有：功率、 噪音、振动频率及相位、温度以及被切削零件的几何 精度和表面粗糙度等。 第三节 设备故障诊断参数 二、诊断参数获得方法的选择 （）测试仪器要安装方便，测试手段简单可靠 。 （）测量方法能获得较高的信噪比。 （）测量方法应尽量采用直接测量。 （）保证适宜的测量误差值。 第三节 设备故障诊断参数 三、诊断周期的确定 对定期诊断的机器，需要确定其诊断周期。 诊断周期的确定与设备的劣化速度有关。测量周期 一般根据机器两次故障之间的平均运行时间确定。为 了获得理想的预测能力，在一个平均运行周期内至少 应该测量次。如果一旦发现测定数据的变化征 兆，就应开始缩短测定周期。例如当高速旋转体异变 后可能立即造成机器的故障，则需进行实时监测。 第三节 设备故障诊断参数 四、诊断标准的确定 （1）绝对判断标准 （2）相对判断标准 （3）类比判断标准 第三节 设备故障诊断参数 （）绝对判断标准 绝对判断标准是根据对某