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1、,第1章 绪论,.设备故障诊断的定义、背景和意义 .故障诊断技术基本概念和概况,机械故障诊断学,Anhui University of Technology,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,中医未病学与设备管理,未病养生、防病于先； 欲病救萌、防微杜渐； 已病早治、防其传变； 瘥后调摄、防其复发。,健康三分之一战略(资料来源：WHO)： 人类三分之一的疾病通过预防保健可以避免；三分之一疾病通过早期发现可以得到有效控制；三分之一疾病通过信息有效沟通能够提高诊治效果。,Anhui University of Technology,.设
2、备故障诊断的定义、背景和意义,生产技术的发展需要，设备复杂化、技术高密等及维修费用大幅上升，对设备的高要求显示了故障诊断的重要迫切。 现代检测技术、识别理论、计算机技术等多学科的发展把信号分析技术推向新的高度。设备系统零件的可靠性工程的发展，对零件失效理论的研究为诊断提供了前提条件。别的领域诊断理论、方法、技术、仪器等新成就的借用。 设备监测传统方法：靠人的眼看、耳听、手摸等感官手段，凭经验来判断，显然具有很大的局限性。设备故障诊断技术可以减少故障，降低维修费用，减少维修时间。 事实上，实施设备故障诊断技术的意义不仅仅涉及设备的维护方面，它对改善设备整个寿命期间各个环节的工作，包括设计、制造、
3、安装、维护、检修以及备件及设备管理等，都提供了科学的具有指导性的依据。,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,现代设备健康监测,概念 按照现代健康理念与诊断模式要求，采用先进的诊断科学技术和经验，对健康设备、亚健康设备、带病运行设备的运行状态、健康危险因素进行全面监测、分析、评估、预测、预警和跟踪管理全过程，以达到提高设备运行质量、延长服役寿命之目的。,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,航天飞机空中解体,切尔诺贝利核电站核泄漏,1986年挑战号推进器o形环失效；2003哥伦比
4、亚航天飞机燃料箱表面泡沫材料脱落；1986切尔诺贝利核电站因控制棒被卡住造成泄漏，死亡9.3，致癌27万，损失180亿卢布,航天飞机空中解体,.设备故障诊断的定义、背景和意义,福岛核电站泄漏：周围三十公里的5万户居民撤离，损失高达3000亿美元。海啸；福岛核电站一号机组已经服役40年，已经出现许多老化的迹象，包括原子炉压力容器的中性子脆化，压力抑制室出现腐蚀，热交换区气体废弃物处理系统出现腐蚀。,.设备故障诊断的定义、背景和意义,渤海油田泄漏：840平方公里海域受污染，面积为渤海湾的1%。 原因：油田通过注水和岩屑回注，可能增加了平台附近的地层压力， 引起岩层断裂。,Anhui Univers
5、ity of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,日本，事故率减少了75%，维修费用降低了25%50%； 英国，每年节省维修费用3亿英镑，而故障诊断系统的成本仅为0.5亿英镑，收益为投入的6倍； 我国，铁路系统，事故减少至原来的十四分之一，相当于每年增加运输车辆43万辆； 我国，冶金部，每年可以节约维修费用10%至30% ； 某石化公司，设备的维修期由原来的4个月延长到18个月，仅减少停车维修时间一项，就使公司每年受益达3000万元。,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,Anhui University of Te
6、chnology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,一、 定义 故 障：机器丧失了它应有的功能 破坏性故障：完全（立刻）丧失功能 功能性故障：功能降低而未完全丧失 操作故障： 人为操作失误引起 产生原因：人误、正常磨损、疲劳、达到寿命、环境影响等 设备故障诊断：根据设备运转过程中产生的各种信息，识别机器（包括设备、工程结构及工艺过程）是否发生了故障，并进行失效分析，达到预防、改进设备设计的目的。,.设备故障诊断的定义、背景和意义,设备的维修方式 事后维修 在设备已发生功能性故障以后才进行维修，是一种不足维修方式，即未能及时消除故障以至发展到设备功能破坏的维修。不足维修可能导致严重的设备事故 定
7、期维修 按预先认为合适的固定检修周期实施大修、中修或小修，是一种预防性维修，既可能发生不足维修，又可能发生过剩维修。过剩维修则会增加不必要的停机时间，直接影响产量的提高，增加检修费用。不仅如此，检修周期长，且设备其他一些并无故障的零部件间的正常配合或装配关系遭到破坏，会引起新的故障或潜在的故障。 预知维修（视情维修） 根据设备运行状态来确定维修时间、内容和方法。与定期维修一样属于预防性维修，不同的是要以设备的运行状态（有无劣化或故障）为基础，以对故障诊断和预测结果而采取维护决策，在必要时才进行必要的修理，所以更具客观性、科学性。正是由于机械设备状态监测与故障诊断技术的成熟和应用，使预知维修这一
8、理想的设备维修方式成为可能并进入实施应用阶段，这是机械设备状态监测与故障诊断技术对机械设备维护体制产生的最具深刻意义的影响。,Anhui University of Technology,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的定义、背景和意义,设备技术诊断：定量地识别系统的运行状态。包括： 1、状态识别 指对设备当前的运行状态做出是正常、异常或是故障的判断。其实施是将经信号处理得到的待检模式与故障档案库中的样板模式比较，利用相应的判决规则，判定设备的当前状态（简易诊断）。 2、故障分析（失效分析） 指设备被初步判有故障后，对故障发生的部位、类型、原因等方
9、面做出进一步的分析。从设备维修的角度，哪些部位需要维修以及如何维修等状态识别所不能解决的问题。从众多的杂乱的故障现象（各种信息）中，通过对各类故障特点的了解，对故障机理的深入研究，利用所能用的经验和理论进行分析，得出诊断结论。 3、趋势分析 利用有关预测技术对设备当前的状态在今后一段时间内的发展趋势作出估计，即设备还能维持工作多久？在进行趋势预测时，往往借助于一般规律如惯性规律、相似规律、相关规律、概率规律等。,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的目的,1.及时、准确、有效地对设备的各种异常状态或故障状态作出诊断，预防或消除故障，并对设备运行及维护给以
10、指导。该目的是保障设备运行的可靠性、安全性和有效性。,2.通过设备状态监测与故障诊断，制订科学、合理的设备监测维修体系，保障设备工作时发挥最大设计能力，在条件允许的前提下充分挖掘设备潜能，延长设备服役期，降低设备全寿命周期费用。该目的是保障设备最大设计能力，降低单位时间使用费用。,Anhui University of Technology,.设备故障诊断的目的,3.通过设备状态监测与故障诊断，制订科学、合理的设备监测维修体系，保障设备工作时发挥最大设计能力，在条件允许的前提下充分挖掘设备潜能，延长设备服役期，降低设备全寿命周期费用。该目的是保障设备最大设计能力，降低单位时间使用费用。,4.与
11、企业资产效益管理系统相结合，实现监测分析诊断反馈监测的闭环管理控制。,设备状态监测与故障诊断的根本目的是以技术手段保障设备安全、可靠、高效、经济运行，使设备资产效益最大化。,Anhui University of Technology,1.2 故障诊断技术基本概念和概况,一、 设备故障诊断技术的分类 1、从诊断的方式分，有功能诊断和运行诊断。 功能诊断是检查机器运行功能的正常性(对象：新安装或刚维修好的设备) 运行诊断是对正常服役的设备或机组进行运行状态的监测和诊断。 2、按设备的状态信号来分，有： 振动诊断：以平稳振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数为检测对象。（简谐激振力与简谐运动响应两者的
12、复数式之比倒数） 强度诊断：以力、应力、应变、扭矩等机械参数为检测对象。 温度诊断：以温度、温差、温度场、热像等为检测对象。 声学诊断：以噪声、声阻、超声、声发射等为检测对象。 电参数诊断：以电信号、功率及磁特性等为检测对象。 光学诊断：以亮度、光谱和各种射线效应为检测对象。 润滑油样诊断：以机器润滑油中磨屑浓度、成分、粒度等为检测对象。 性能趋势诊断：以设备各种主要性能指标为检测目标。,Anhui University of Technology,1.2 故障诊断技术基本概念和概况,3、从诊断的连续性来分，有： 定期诊断：一般用于非关键设备且该设备的性能改变为渐发性故障或可预测性故障的场合。
13、 连续监控：一般用于关键设备且其性能改变属特发性及不可预测性故障。 4、从诊断的完善程度来分，有： 简易诊断：利用较简单的仪器仅对设备有无故障及故障严重程度作出初步判断。常用仪器如便携式测振仪、红外点温仪、轴承监测仪等。 精密诊断：在简易诊断的基础上，不但要检查设备是否正常，还要对故障的类型、产生的原因、故障部位、故障严重程度及发展趋势等进行进一步的分析，作出判断与决策。用于精密诊断的专家系统并开始付诸使用，使设备故障诊断技术得到发展。 5、按实施方法分，有： 离线诊断：在现场信息采集，而分析处理和诊断工作在实验室进行，灵活方便投资小，但分析结论有较长的时间滞后，不利于连续监视和处理紧急故障。
14、 在线诊断：将传感器所采集的信息直接送入分析处理仪，或经A/D转换送入计算机，即时进行分析处理和诊断。该法迅速、实时、不漏故障，但费用高。,Anhui University of Technology,1.2 故障诊断技术基本概念和概况,二 、设备故障诊断的基本内容和一般步骤 设备故障诊断的基本内容：诊断文档的建立和诊断实施两大部分。 1、诊断文档（故障档案）的建立 建立与各类故障对应的特征信息模式（故障样板模式）。诊断或状态识别，实质上是将诊断对象的信号经处理后得到的一个待检模式与已知样板模式比较，将其归属到某一已知样板模式中去的过程，所以要在计算机中建立故障档案库即样板模式或标准数据库或称
15、标准谱数据库。 故障档案库的基本内容包括：用于各种故障判断的诊断参数标准阀值，诊断参数的各种标准机械图象。故障档案需不断加以验证、修正、补充和完善。 （1）敏感因子 设备的状态可以用不同的特征参数来表达（敏感性不同）。敏感因子就是最能灵敏地反映诊断对象故障状态的某些特征参数（它要具有高度的敏感性、可靠性和实用性，它直接关系到诊断的灵敏性、准确性和快速性）。如振动、产量、温度、噪声等信号的特征参数。 （2）建立故障档案的方法 建立故障档案的方法大致有实验法和计算机辅助实验法。实验法将测出的各种工况的状态信号进行技术处理，得到对应的敏感因子的标准谱数据，可靠适用，但工作量大。计算机辅助实验法用较少
16、的实验通过理论分析建立数学模型并利用计算机仿真和推算来建立故障档案。,Anhui University of Technology,1.2 故障诊断技术基本概念和概况,（3）简易诊断中的故障判别标准 常用的几种判别标准见表1-1。,绝对判别标准即使有通用判别标准可依，但同一类设备各自的制造安装精度、使用场合、工况和老化程度等各不相同，所以使用时要注意使用范围。 相对判别标准只适用于只有一台某型号设备的场合。 类比判别标准适用于多台相同条件下运行的同样规格设备的场合，它是以大多数设备在相同测定条件下得到的正常状态下的测定值为原始值。 以上三种判别标准在实际中须灵活使用，在大多数情况下往往还需兼用。,Anhui University of Technology,1.2 故障诊断技术基本概念和概况,监视仪表,信号 采集器,诊 断 对 象,传 感 器,放 大 器,信号记录仪,计 算 机,信号分析仪,2、故障诊断实施,（1）信号采集,信号采集（检测）是将最能客观反映设备状态
