1、設備狀態(tài)監(jiān)測技術及應用第1頁，共46頁。交流與體會材料簡述一、設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷二、機械故障診斷三、案例分析四、狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術意義、應用前景第2頁，共46頁。產(chǎn)生過程大家知道，當前我國對設備的維護仍采用傳統(tǒng)的計劃、定期維修。而這種方式帶有很大盲目性， 設備有無故障、故障類型、故障部位、故障程度難以準確把握。另外，由于良好部位的反復拆卸，機 械性能往往不理想，甚至低于檢修前。而且，沒有必要的超前維修，帶來人力、物力的巨大浪費。 早在1983年國家經(jīng)委下達的國營公交設備管理試行條例中明確提出：“逐步采用現(xiàn)代故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測技術，發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測為基礎的預制維修體制”。1987年國務院正

2、式頒布全民所有制工業(yè)交通企業(yè)設備管理條例，其中規(guī)定：“企業(yè)應當積極采用先進的設備管理方法和維修技術，采用以設備狀態(tài)監(jiān)測為基礎的設備維修方法，不斷提高設備管理和維修技術現(xiàn)代化水平”。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術實質(zhì)上是了解和掌握設備在運行過程中的狀態(tài)，評價、預測設備的可靠性，早期發(fā)現(xiàn)故障，并對其原因、部位、危險程度等進行識別、預報故障的發(fā)展趨勢，并針對具體情況做出決策。第3頁，共46頁。對設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷,實際上從設備誕生之日就已產(chǎn)生。當時人們摸、聽、看機器的振動、溫度、噪聲等，憑借工匠的經(jīng)驗，判斷機器某些故障并采取對策或者修復。原始的方法一直延續(xù)至今，在現(xiàn)代工廠中，許多工人仍利用摸、聽、看去

3、判斷機泵的狀態(tài)。設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷作為一門工程技術，是從二十世紀六十年代以后才發(fā)展起來的。最早起始于1961年美國開展的阿波羅登月計劃，由于出現(xiàn)了一系列的設備故障，1967年在美國宇航局（NASA）倡導下，在美國海軍研究室（ONR）主持成立了美國機械故障預防小組（MFPG），專門從事故障診斷技術的研究與開發(fā)。1971年該小組劃歸美國國家標準局領導，下設故障機理研究、檢測診斷和預防技術、可靠性設計和材料耐久性評價四個小組。英國在60年代末70年代初也開始了這方面的工作。設備診斷技術在歐洲一些國家也有很大進展，如瑞典的SPM軸承監(jiān)測技術、挪威的船舶監(jiān)測技術、丹麥的振動分析和聲發(fā)射技術等。日本在

4、鋼鐵、化工、鐵路等民用工業(yè)部門開發(fā)應用設備診斷技術也發(fā)展很快。我國從七十年代末，在一些科研院所開展此項工作，近十幾年來，設備診斷技術越來越受到高等院校、科研單位和企業(yè)的重視，并得到了長足的發(fā)展。第4頁，共46頁。設備專業(yè)現(xiàn)狀：1998年早先的“化工設備與機械”改名為“過程裝備與控制工程”主要特點如下：1、過程裝備，指與生產(chǎn)工藝即加工流程性材料緊密結合，有其獨特的過程單元設備和工程技術，如混合工程、反應工程、分離工程及其設備等，與一般機械設備完全不同，有其獨特之處。2、控制工程，指對過程裝備及其系統(tǒng)的狀態(tài)和工況進行監(jiān)測、控制，以確保生產(chǎn)工藝有序穩(wěn)定運行，提高過程裝備的可靠度和功能可利用度。3、過

5、程裝備與控制工程，指機、電、儀一體化連續(xù)的復雜系統(tǒng)，它需要長周期穩(wěn)定運行，并且系統(tǒng)中的各組成部分（機泵、過程單元設備、管道、閥門、監(jiān)測儀表、計算機系統(tǒng)等）均互相關聯(lián)、互相作用和互相制約，任何一點發(fā)生故障都會影響整個系統(tǒng)，又由于加工的過程材料有些易燃易爆、有毒有害、高溫高壓等條件下進行，系統(tǒng)的安全可靠性十分重要。（石化行業(yè)、電力、乃至冶金等等）決定了：1、設備專業(yè)要以機電工程為主并與工藝過程密切結合，創(chuàng)新單元工藝裝備；2、與信息技術和知識工程密切結合，實現(xiàn)智能監(jiān)控和機電一體化；3、不僅僅研究單一的設備和機器，而且更主要的是研究與過程生產(chǎn)融為一體的機、電、儀連續(xù)復雜系統(tǒng)。今后設備管理的一個重要內(nèi)容

6、就是過程中監(jiān)控即對機、電、儀連續(xù)復雜系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測與控制。對于我們這樣一個流程工業(yè)，真正搞好搞明白，想必各位都有感受，新裝置的開工，出現(xiàn)大量這樣那樣故障，不僅僅是工藝、設備那么簡單，還包括儀表、電器或一個復雜系統(tǒng)。第5頁，共46頁。設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷(一)現(xiàn)代設備維修的特點:1.現(xiàn)代設備大型化、高速化、自動化程度越來越高，故障損失大;2.高新技術的采用對現(xiàn)代設備的安全性、可靠性提出更高的要求;3.延長設備運轉(zhuǎn)周期的要求;4.維修人員培養(yǎng)難度大。第6頁，共46頁。（二）設備故障監(jiān)測診斷的意義(1)及時掌握設備運行狀態(tài)(2)一旦發(fā)生事故，能自動記錄故障過程，準確分析，“有的放矢”(3)通過對

7、異常狀態(tài)分析，在線調(diào)整延長設備運轉(zhuǎn)周期(4)數(shù)據(jù)集累，了解設備性能，改進設計(5)提高設備管理水平第7頁，共46頁。 (三)設備診斷技術設備診斷技術包含兩方面的工作內(nèi)容，診，即通過設備的狀態(tài)監(jiān)測獲得準確的數(shù)據(jù)和資料，了解設備的運行狀態(tài)；好似醫(yī)務人員為了了解病人發(fā)病的原因、病狀和現(xiàn)象，對病人進行各種檢查和化驗，以獲得各種準確的數(shù)據(jù)。斷，就是醫(yī)生根據(jù)檢查和化驗結果進行的分析和判斷，確定病人所患的疾病及嚴重程度。因此設備診斷技術包括設備監(jiān)測技術和故障的識別判斷技術。第8頁，共46頁。 1.診斷是現(xiàn)代設備維修工程中關鍵一環(huán) 故障: 故障 失穩(wěn) 功能下降 損傷征兆出現(xiàn) 機器非正常運行零部件功能、形態(tài)和結

8、構改變以及對環(huán)境的適應性下降由干擾因素造成的損傷與設備抗損傷間的斗爭 初始的有序穩(wěn)定被打破 機器 干擾 或 內(nèi)變第9頁，共46頁。 (四)設備診斷技術與維修設備診斷技術與維修通常叫狀態(tài)監(jiān)測維修，又叫預知維修，它是把狀態(tài)監(jiān)測技術與計劃修理結合起來，從而保證修理計劃準確合理，使修理與生產(chǎn)達到最佳平衡，設備的時間可利用率為最高。第10頁，共46頁。 (五)預知維修的具體收益（1）提高設備運轉(zhuǎn)的安全性 設備診斷發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，在設備運轉(zhuǎn)到臨近故障出現(xiàn)、影響生產(chǎn)以前安排修理，就可以防止故障發(fā)生。尤其是當故障危及人身安全和污染環(huán)境時，在故障發(fā)生前就進行檢修，就具有更大的意義了。 （2）提高設備的時間可利用率

9、 采用設備診斷技術，可以有把握地延長按理論推算的檢修間隔時間，從而減少了修理次數(shù)。另外，由于事先已掌握設備故障的性質(zhì)，就可以提前擬議處理方案、措施，做好人力、物力的準備，減少了設備修理的停歇時間。（3）減少停機生產(chǎn)損失 由于設備診斷技術設備參數(shù)、性能變化的全過程和故障發(fā)展的始末，對于研究對策，制定檢驗方法，改進設計提供可靠的資料。第11頁，共46頁。實施設備診斷工程的措施和效果號序措 施效 果1早期探測故障征兆，及時報警采取應急對策杜絕事故，減少故障停機損失和非計劃停機檢修2長期監(jiān)測機器狀態(tài)、工況，據(jù)此安排檢修計劃實行狀態(tài)檢修，減少檢修次數(shù)，縮短檢修時間3探測出機器異常原因、缺陷部位，盡早確定

10、檢修項目，超前準備防止過剩維修，減少停車檢修中的等待時間，減少備件、備臺儲備4改進裝備，消除瓶頸，提高系統(tǒng)可靠度和功能可利用性延長裝置的運轉(zhuǎn)周期5監(jiān)測異常工藝參數(shù)，及時調(diào)整指導優(yōu)化操作，節(jié)能降耗6據(jù)監(jiān)測診斷資料，對在用裝備評價指導裝備選型、采購和設計改進第12頁，共46頁。（六）故障診斷和醫(yī)學診斷第13頁，共46頁。第14頁，共46頁。檢 測檢測的益處不出事故的可靠裝置連續(xù)運行產(chǎn)生的卓越競爭力正常的可行性水平良好的設計與建設良好的操作良好的維修檢測保證較長的設備壽命安全清潔的工廠可靠性水平益處第15頁，共46頁。檢 測檢測的目的可靠性連續(xù)性安全性火災爆炸檢測檢測將保證裝置的可靠性、連續(xù)性和安全

11、性第16頁，共46頁。 SK 檢測的發(fā)展數(shù)據(jù)庫建立和RBI的引進采用最佳的成本和人力資源達到世界最好的可靠性水平已建立了檢測基礎架構檢測數(shù)量增加故障減少成本仍然較高，效果不明顯開始建立檢測標準對關鍵設備進行有計劃的檢測沒有系統(tǒng)的工具或數(shù)據(jù)庫依賴于每一項內(nèi)容的檢測歷史記錄故障或事故后的檢測沒有形成標準或準則故障頻繁發(fā)生198019902000故障維修在線檢測預測性檢測基于風險的檢測第17頁，共46頁?；剞D(zhuǎn)機械故障來源及主要原因故障來源主要原因設計、制造1設計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動2結構不合理，有應力集中3工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)4運行點接近或落入非穩(wěn)定區(qū)5零部件加工

12、或制造不良，精度不夠6零件材質(zhì)不良，強度不夠，有制造缺陷7轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術要求安裝、維修1機器安裝不當，零部件錯位，預負荷大2軸系對中不良（考慮軸系熱態(tài)下的對中補償量有偏差）3機器的幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）4管道應力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度5轉(zhuǎn)子長期放置不當，破壞了動平衡精度6安裝或維修過程中破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度運行操作1機器在非設計狀態(tài)下運行（如超速、超負荷或低負荷運行），改變了機器的工作特性2潤滑或冷卻不良3回轉(zhuǎn)體局部損壞或結垢4工藝參數(shù)（如介質(zhì)溫度、壓力、流量、負荷等）不當，機器運行失穩(wěn)5起動、停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不

13、均勻，或在臨界區(qū)停留時間長機器劣化1長期運行，轉(zhuǎn)子撓度增大2回轉(zhuǎn)體局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋3零部件磨損、沖刷、點蝕或腐蝕等4配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動現(xiàn)象，破壞了配合性質(zhì)和精度5機器基礎沉降不均勻，殼體變形等等第18頁，共46頁。(九)故障診斷技術的內(nèi)容第19頁，共46頁。 1.信號采集:設備運行中必須會有力、熱、電、振動及能量等各種量變化，產(chǎn)生不同的信息，不同的傳感器的拾取。2.信號處理:對采集的信號分類處理、加工，獲得能表征機器特征的過程。3.狀態(tài)識別:把信號處理得的特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別參數(shù)進行比較和比對，確定設備所處的狀態(tài)。4.診斷決策:根據(jù)設備的狀態(tài)判斷決定應采取的對

14、策和措施 。第20頁，共46頁。(十)轉(zhuǎn)動設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷簡述1.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)第21頁，共46頁。 基本組成:轉(zhuǎn)子、油膜、軸承、汽封運動方程第22頁，共46頁。 2 診斷由果求因的逆過程 振動是表征機器運行狀態(tài)最敏感的征兆參數(shù)。其響應、激勵和系統(tǒng)動力特性三者之間關系為： X = Z()-1 F其中, Z()=(k-2m)+jc 為動力系統(tǒng)的特征矩陣或稱阻抗矩陣。振動故障的診斷就是由響應（征兆參數(shù)）探求故障原因外因激勵和內(nèi)因剛度、阻尼、質(zhì)量變化的逆過程。第23頁，共46頁。 征兆參數(shù)和故障原因并非一一對應關系，是多果（征兆參數(shù)）和多因（故障原因）的復雜對應關系。 征兆譜 原因譜 S=S1,S

15、2,- Sn R=R1,R2- Rm 圖2 診斷-逆過程系統(tǒng)動力特性剛度、阻尼、質(zhì)量響應振幅、頻率、相位激勵故障診斷外因內(nèi)因第24頁，共46頁。 3.軸心運動軌跡a轉(zhuǎn)速低時軌跡回位b轉(zhuǎn)速高時軸頸不回原位，渦動c振蕩、失穩(wěn)第25頁，共46頁。振動頻率大小的分類振動類型頻率范圍故障實例低頻振動工頻5倍以下轉(zhuǎn)子故障如不平衡、不對中、軸彎曲、松動、油膜振蕩中頻振動1kHz左右齒輪振動高頻振動1kHz滾動軸承損傷第26頁，共46頁。 第27頁，共46頁。4、測振動傳感器1.電動式速度傳感器:測量的是機器相對地面的絕對運動。優(yōu)點:靈敏度高，輸出阻抗低，穩(wěn)定性好，信噪比高，使用簡單方便。缺點:體積大，壽命短

16、。10500Hz第28頁，共46頁。 2壓電式加速傳感器優(yōu)點:體積小，頻率范圍寬(210000Hz)測量范圍寬。適合沖擊振動測量，不適合低頻測量。第29頁，共46頁。 3電渦流式傳感器優(yōu)點:非接觸、靈敏度高、線性范圍大、頻率范圍寬(DC10KHz)、結構尺寸小、抗干擾能力強且不受介質(zhì)影響等。測量是相對運動第30頁，共46頁。振動監(jiān)測參數(shù)與標準旋轉(zhuǎn)機械故障診斷評價標準執(zhí)行“ISO10816/3機械振動/在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器振動/第三部分：額定功率大于15KW和額定轉(zhuǎn)速在120至15000r/min在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器” 第31頁，共46頁。標 準振動烈度范圍振動烈度評定等級備注分級范圍m

17、m/sI1振動速度的測試應在10-1000Hz的頻段內(nèi)0.28AAAA2機械類型：I：小型轉(zhuǎn)機如15KW以下電機：安裝在剛性基礎上的中型轉(zhuǎn)機，功率300KW以下：大型轉(zhuǎn)機，機器-支撐系統(tǒng)為剛性系統(tǒng)：大型轉(zhuǎn)機，機器-支撐系統(tǒng)為撓性支撐狀態(tài)。0.450.711.12B1.8B2.8CB4.5CB7.1DC3振動等級表：A區(qū)：新交付使用的機器應達到的狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)B區(qū)：機器可以長期運行或合格狀態(tài)C區(qū)：機器尚可短期運行但必須采取相應補救措施，或不合格狀態(tài)D區(qū)：不允許狀態(tài)11.2DC18D28D4571第32頁，共46頁。案例分析第33頁，共46頁。動力車間鍋爐上水泵分析故障特點：鍋爐上水泵極易產(chǎn)生氣蝕

18、+沖蝕，造成葉輪的損壞，進而引起較高的振動。頻譜反應為初期具有明顯的高次諧頻及葉輪的通過頻率，末期反應為轉(zhuǎn)子不平衡故障。 第34頁，共46頁。第35頁，共46頁。典型的不對中故障動力車間J-602故障分析該泵聯(lián)軸器為注銷式連接，屬硬連接，吸振能力較差下圖：對中不良時頻譜圖，明顯的2X分量第36頁，共46頁。下圖：重新對中后的頻譜圖第37頁，共46頁?；A松動案例故障特征描述：泵側振動較大，但較穩(wěn)定；頻譜信號顯示明顯的1X。故障分析：1、轉(zhuǎn)子動平衡不好；2、泵支撐剛度較差。措施：監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)泵支撐連接螺栓松動，導致支撐剛度下降，經(jīng)把緊螺栓后，振動明顯好轉(zhuǎn)。泵側垂直方向振動由4.24mm/sec降到2.75mm/sec，水平方向振動由4.85mm/sec降到3.69mm/sec。 下圖：把緊螺栓前泵側垂直方向振動頻譜圖 第38頁，共46頁。下圖：把緊螺栓后泵側垂直方向振動頻譜圖第39頁，共4