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1、1,设备故障诊断技术与应用,2,第一章 开展设备故障诊断的重要意义,1、避免恶性事故的发生，保证安全生产 大型往复压缩机、发动机等设备若发生烧瓦、拉缸、阀门损坏等重大事故，损失将在数十万元以上。 2、降低能耗 大型发动机如T815型有8个缸，经常有12个缸熄火，燃油多消耗1/82/4，即12%25%，若通过诊断进行及时调整，则可节约燃油10%。,3,3、开展视情维修，节约维修费用 1 台离心泵等大修一次 15 万元左右，若根据情况将维修周期延长1/10，则节维1.5万元，10台泵则节约了 15 万元。开展设备故障诊断工作，平均可节约维修费用25%。 4、科学化管理的要求 总公司下文评选设备使用
2、先进单位时，故障诊断工作占10% 的比重。 5、未雨筹缪，为将来节约开支打基础 资金紧张时，需要依托故障诊断技术对设备进行精细管理，在冶金、煤炭等行业目前已成为主要设备管理工作。,4,近 5 年的故障诊断研究基础 1、获得各类诊断类基金数国内第一 * 2 项国家自然科学基金； * 3 项北京市自然科学基金； * 1 项教育部霍英东基金； * 3 项总公司创新基金； * 5 项总公司的重点项目 2、从事诊断研究的人数国内第一 教授5名，副教授6名，博士生8名，硕士生49名。拥有国内外诊断设备300余万元；并自主开发了大型旋转、往复设备、管线泄漏的诊断系统。 3、成果应用数国内第一 自行开发的诊断
3、系统在大庆、辽河、胜利、新疆、塔里木、华北、天津大港、江苏、南海等各油田都进行了使用。,5,第二章、设备主要诊断方法,1、振动诊断法：是主要使用的方法 2、噪声诊断法：声压、声强法 3、油液分析法：铁谱、光谱法 4、无损检测法：超声、声发射技术 5、温度检测法：接触法、红外法 6、应力、应变法 7、其它方法： 压力法、电流法、转速法等,6,第三章 用振动法对石油设备的诊断,一、诊断系统 二、振动的基本诊断原理 三、诊断离心泵、往复泵的轴承、轴等部件 四、诊断压缩机、发动机、天然气发动机 五、对齿轮箱的诊断 六、对输油管线的泄漏诊断,7,一、EDES型故障诊断系统,16 通道，可测振动、温度、压
4、力、转速； 主频330KHz，12bit 高精度分析； 软件系统智能化分析。,8,1 硬件系统组成,9,2 硬件系统的特点 1）12位高精度AD卡，主频高达330K，16通道，分析精度高。 2）外挂式设计，形式灵活，使计算机与诊断仪 主机能够独立使用，保证软件系统能够长久升级； 3）数据采集量大，数据直接进入笔记本型计算机， 无须二次数据传递，操作简便； 4）模块化设计，前端、主控、通讯电路自成体系， 可靠性高；同时便于维护，能够使硬件系统永久升级； 5）自带电池，防尘、防潮设计，便于野外操作；,10,3、软件系统组成,11,12,4 软件系统的特点 1）诊断库技术: 设备层、故障层、故障特征
5、层、参数层 2）自动建库技术:自动建立注水泵、外输泵、发动机、压缩机、螺杆泵等设备的数据采集库及故障诊断库。 3）自动分析技术:自动调用各种诊断方法，进行数据的处理及特征参数的提取。 4）智能诊断技术:诊断库与标准库进行自动对比， 给出诊断结论。 5）报表自动输出:给出简易、精密报告。 6）诊断标准自建:自适应寻优。,13,二、振动的基本诊断原理,1 振动波形的表达 x(t)=A*sin(2ft+) A-振幅，大小 f-频率，快慢 2 振动的位移、速度、加速度指标 位移： x(t) 速度： v(t)=dx(t)/dt=fAcos(2ft+) 加速度：a(t)=dv(t)/dt=-f2Asin(
6、2ft+),14,3 振动的分类,复杂周期振动 准周期振动,随机振动,15,4 振动诊断机理 当零部件间隙（如磨损）、质量分布（如不平衡）、配合（如不对中、供油提前角）发生改变时，会使部件间的接触冲击发生变化，或产生附加的冲击，传递到机体表面，则表现为振动的增大（或减小）。 5 振动诊断指标的领域 按横坐标的量纲，分为以下几个域： 1）时域指标 2）频域指标 3）倒频域指标 4）幅值域指标 5）时延域 6) 相位域,16,6、振动的时域诊断法,1）峰值： 灵敏性好(点) 2）峰峰值: 3）绝对均值: 4）有效值: 稳定性好(面),17,5）方差值：,时域诊断法的特点 1）简单、方便 2）当振源
7、较为复杂时，只能定性诊断，即指出 设备有无异常；无法指出具体的故障部位。,6）脉冲值: 峰值/绝对均值，诊断轴承的故障,18,7 振动的频域诊断法,1）特征频率： 频谱图横坐标 f，Hz 2）特征频率幅值: 频谱图纵坐标 A, m/s2,频域诊断法特点 各个部件在运转时，都以一定的特征频率进行振动，特征频率所对应的幅值即代表了该部件的振动大小。通过特征频率，可将各个部件的振动分开，实现定位诊断。,19,频域定位诊断原理图,20,三、诊断注水泵、往复泵的轴承、轴等部件,离心泵振动测点布置图,21,往复泵振动测点布置图,22,内圈： 外圈： 滚珠：,fa轴的旋转频率； d 滚动体直径； D 轴承的
8、节径； 接触角,1 诊断滚动轴承,23,2、滑动轴承 油膜涡动：0.5 fr fr轴频 气隙间振：0.8 fr 磨损严重：0.2 fr0.9fr 3、轴不平衡: fr fr轴频 4、轴不对中： 2fr fr轴频 5、转子松动： nfr n=2,3,24,四、诊断压缩机、发动机等,1、诊断发动机供油角 测试原理：振动传感器放在某缸缸盖；光电传感器放置在各缸基准点，对准飞轮贴在该缸上止点处的反光片，同时进行测量。,25,振动波形前沿与转速脉冲前沿之间形成的角度，即为供油提前角。可判断供油提前、落后的情况。,26,压缩机测点布置图,27,2、诊断发动机爆燃、熄火或压缩机阀门磨损 根据燃烧产生冲击振动
9、、阀门落座时产生冲击振动的大小。,发动机爆燃、压缩机阀门磨损,28,发动机熄火,29,五、对齿轮箱的诊断,齿轮箱最大特点是，频率成份fm、 fr是以调幅、调频的形式存在于频谱中的，因此诊断的关键是解调分析。 1）线性相加： cos(fmt)+cos(frt) 2）调幅： fm载波 fr调幅波 (1+A1sin(frt)A2sin(fmt) = A2sin(fmt)+0.5A1A2（cos(fm+fr)-cos(fm-fr)） 3）调频： A1sin(fmt+A2sin(frt) fm载波 fr调频波,30,齿轮箱故障特征：啮合频率fm=frz，为载波 轴频：fr，为调制波,31,六、对输油管线
10、泄漏的诊断,1 负压波法诊断原理,32,2 诊断系统组成 压力传感器+采集系统+同步系统+通迅系统+工作站,33,3 诊断系统的特点 1）采用先进的双扭环采集技术，确保采集频率可达到10K，这样采集分辩率可达1万点/秒，每米波长能以33点进行描述，可对微小泄漏信号进行识别。 2）采用神经网络方法对特有噪声模式进行记忆，并建立管线全局噪声点结构图，对可能出现的泵、阀起动噪声进行智能判别。,34,管线泄漏诊断系统,35,捕捉到的泄漏波形,36,振动诊断法,通过振动传感器测试机体振动，对幅值、频谱进行分析，对各种故障进行诊断。,37,振动时域波形,38,振动频域图,39,噪声诊断法,振动在空气中传播
11、形成噪声。适于诊断远距离（车辆）、不易接近（涡轮增压器）的设备。 声压：声的应力值（分贝dB）， n=20log10 x 极轻声：0-10（安静的环境） 轻声：20-30 （图书馆） 适中声：40-50（较静办公室） 高声：60-70（大商场） 甚高声：80-90（繁忙的大街） 震耳欲聋：100-120 声强：声的单位能量值。,40,无损检测法,频率20000HZ 为超声波 1、超声诊断 用于探伤，双探头，发射、接收声波，根据反射波形的形状、时差决定零部件缺陷、位置。 2、声发射 接收声波，声发射：金属内部晶格发生变形时产生的声音，用于诊断动（高速）、静（压力容器）设备的结构强度。石油大学拥有
12、当今最先进的美国PAC公司4通道声发射诊断系统，取得了对多种设备磨损、管线泄漏的诊断成果。,41,温度检测法,1. 接触法 AD590:(50，150）；PT100:（50,300)； 热电偶:(-50,1200)度 2 .非接触法 红外法测温仪：点温仪、红外热像温仪 应力、应变法 通过应变片测试设备应力、应变水平，对强度进行评度。 其它方法 1.压力法：润滑油、进排气（水）压力。 2.电流法：电机诊断，变频测转子、定子故障。 3.转速法：无负载测功、动平衡校正。,42,第四章 石油设备的远程诊断,设备远程诊断技术主要特点 (1) 采用多种网络方式形成一个完整的企业级诊断系统 ,实现对远程设备进行实时监控和管理； (2)有利于提高诊断的准确性和可靠性,实现企业和异地专家对设备故障进行实时会诊 ； (3)能够形成统一的数据库 ,实现大范围内的诊断知识与诊断数据的共享 ； (4)具有良好的可扩展性 , 可以灵活地根据企业规模进行扩展。,43,企业内技术 资源共享,数据库,Internet,防火墙及 网站缓存,领导及总工 远程管理,故障诊断 WEB 服务器,故障诊断库 服务器,Internet 与故障网站,远程专家 会诊,技术人员,网络采集卡,振动传感器,网络采集卡,温度压力流量,设备,管线,现场数据采集 与实时检测,44,谢 谢 ！,
