旋轉(zhuǎn)機(jī)械的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)場中旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷應(yīng)用班級：裝備0901姓名：王崢學(xué)號：9 這學(xué)期我們學(xué)習(xí)的這門課為機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用，設(shè)備診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是正?；虍惓?，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)日益獲得重視與發(fā)展的原因是，隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時設(shè)備更加復(fù)雜，各部分的關(guān)聯(lián)愈加密切，往往某處微小故障就爆發(fā)鏈鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個設(shè)備乃至與設(shè)備有關(guān)的環(huán)境遭受災(zāi)難性的毀壞。一、 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障信息的獲取方法：1、直接觀測法

2、 2、參數(shù)測定法 3、磨損殘余物的測定 4、設(shè)備性能指標(biāo)的測定 設(shè)備故障的檢測方法：1、振動和噪聲的故障檢測 （1）振動法：對機(jī)器主要部位的振動值如位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速及相位 值等進(jìn)行測定，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，據(jù)此可以宏觀地對機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行評定， 這是最常用的方法。 （2）特征分析法：對測得的上述振動量在時域、頻域、時頻域進(jìn)行特征分析，用以確定機(jī)器各種故障的內(nèi)容和性質(zhì)。 （3）模態(tài)分析與參數(shù)識別法：利用測得的振動參數(shù)對機(jī)器零部件的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識別，以確定故障的原因和部位。（4） 沖擊能量與沖擊脈沖測定法： 利用共振解調(diào)技術(shù)以測定滾動軸承的故障。 （5）聲學(xué)法：對機(jī)器噪聲的測量可以了解機(jī)器

3、運(yùn)行情況并尋找故障源。2、材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測 （1）超聲波探傷法：該方法成本低，可測厚度大，速度快，對人體無害，主 要用來檢測平面型缺陷。 （2）射線探傷法：主要采用 X 射線。該方法主要用于展示體積型缺陷，適用 于一切材料，測量成本較高，對人體有一定損害，使用時應(yīng)注意。 （3）滲透探傷法：主要有熒光滲透與著色滲透兩種。該方法操作簡單，成本 低，應(yīng)用范圍廣，可直觀顯示，但僅適用于有表面缺陷的損傷類型。 （4）磁粉探傷法：該法使用簡便，較滲透探傷更靈敏，能探測近表面的缺陷， 但僅適用于鐵磁性材料。 （5） 渦流探傷法： 這種方法對封閉在材料表面下的缺陷有較高的檢測靈敏度， 它屬于電學(xué)測

4、量方法，容易實(shí)現(xiàn)自動化和計算機(jī)處理。 3、設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測 （1）光纖內(nèi)窺技術(shù)：它是利用特制的光纖內(nèi)窺探測器直接觀測到材料表面磨 損及情況。 （2）油液分析技術(shù)：油液分析技術(shù)可分為兩大類：一類是油液本身的物理、 化學(xué)性能分析，另一類是對油液污染程度的分析。具體的方法有光譜分析法與鐵 譜分析法。4、溫度、壓力、流量變化引起的故障檢測 機(jī)械設(shè)備中的有些故障往往反映在一些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量的變化中，在溫度測量中除常規(guī)使用的裝在機(jī)器上的熱電阻、熱電偶等接觸式測溫儀外，還有在特殊場合使用的非接觸式測溫方法。二、旋轉(zhuǎn)機(jī)械簡介旋轉(zhuǎn)機(jī)械指汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、離心壓縮機(jī)

5、、水輪機(jī)、航 空發(fā)動機(jī)等機(jī)械設(shè)備，它的主要構(gòu)成部件有轉(zhuǎn)子、支承轉(zhuǎn)子的軸承、定子或機(jī)器殼體、連軸器等等。轉(zhuǎn)速范圍一般為幾千 r / min 至幾十萬 r / min ，這類機(jī)組通常稱為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)及其零部件的加工和安裝方面的缺陷，使機(jī)器在運(yùn)行時引起振動，其振動類型可分為橫向振動、軸向振動和扭轉(zhuǎn)振動三類。其中過大的橫向振動往往是機(jī)器破壞的主要原因，所以成了振動監(jiān)測的主要對象，也是對機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行診斷的主要依據(jù)。三、現(xiàn)場中旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷與應(yīng)用實(shí)例A、醫(yī)用離心機(jī)故障診斷對醫(yī)用離心機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的故障監(jiān)測與診斷，是通過對設(shè)備某些敏感部位振動、平衡度、溫度、壓力等信號的采集，并通過對

6、信號處理，提取特征參數(shù)的方法來辯識醫(yī)用離心機(jī)工作狀態(tài)。其基本原理是：在醫(yī)用離心機(jī)運(yùn)行過程中，其零部件會發(fā)出各自確定特征的信號，而這些信號隨單個零件的損壞、磨損以及電子元件的電壓、電流、溫度等變化而變化。根據(jù)表征具體故障的特征參數(shù)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，對醫(yī)用離心機(jī)故障進(jìn)行診斷和預(yù)報。該故障智能監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，主要包括監(jiān)測與診斷兩個過程。其中每個過程都包括預(yù)處理和特征信號提取兩部分。快速、有效地提取反映設(shè)備故障信息的特征是故障診斷的關(guān)鍵。把從診斷的對象處獲得的數(shù)據(jù)看作一組時間序列，通過對該時間序列的分段采樣，將輸入數(shù)據(jù)映射成樣本空間的點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)包括故障的類型、程度和位置等信息。首先對

7、映射到樣本空間的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過刪除原始數(shù)據(jù)中的無用的信息得到另一類故障模式，由樣本空間映射成數(shù)據(jù)空間。在數(shù)據(jù)空間的基礎(chǔ)上，提取數(shù)據(jù)中的不變特性，形成不變故障模式空間。在提取了故障模式的不變特性后，根據(jù)診斷的需要和問題的特性，對所選擇的模式特征矢量進(jìn)行量化壓縮變換，選擇有用的特征，以用于故障診斷。信號的產(chǎn)生和傳播可以認(rèn)為醫(yī)用離心機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為一定常線性系統(tǒng)，則系統(tǒng)振動可表示為：M【】xC【】xK【x=QM【】為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣，X為響應(yīng)的加速度向量，C【】為系統(tǒng)的阻尼矩陣，x為速度向量，KI為系統(tǒng)剛度矩陣，x為振動的位移向量，Q【】為產(chǎn)生醫(yī)用離心機(jī)系統(tǒng)振聲的激勵力向量。醫(yī)用離心機(jī)系統(tǒng)振動的

8、激勵源主要有：電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，篩籃及轉(zhuǎn)軸的加工誤差、軸承和支架、裝配不平衡，試管裂紋破裂形成的腔內(nèi)積水、溫升過高等故障問題造成的離心轉(zhuǎn)軸在高速旋轉(zhuǎn)中嚴(yán)重傾斜、振動，當(dāng)振動頻率超過極限值時，會引起離心機(jī)整個系統(tǒng)的共振，以致產(chǎn)生嚴(yán)重后果。B、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的超速離心機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究 摘要:研究了一種超速離心機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)。系統(tǒng)采用人機(jī)對話方式，以專家知識庫為基礎(chǔ)，對離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的實(shí)時數(shù)據(jù)采樣或者通過人工對界面輸入故障征兆知識;采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行推理，從而診斷出故障原因和各原因可能發(fā)生的概率。使維修更具針對性，實(shí)現(xiàn)智能化超速離心機(jī)故障診斷，提高了設(shè)備可靠性與安全性。離心機(jī)是一種在工業(yè)生產(chǎn)

9、中應(yīng)用非常廣泛的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，超速離心機(jī)是轉(zhuǎn)速大于30000r/min的高性能離心機(jī)。實(shí)際使用時，轉(zhuǎn)子在封閉的環(huán)境下高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)歷這樣的高負(fù)荷運(yùn)行，長時間后即會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡、不對中和轉(zhuǎn)軸磨損等一系列機(jī)械故障，并由此引發(fā)異常振動，使其故障率增高，影響生產(chǎn)和操作人員的安全性1。目前，國內(nèi)對于離心機(jī)的故障診斷主要采用人工感官和簡單儀表診斷，存在診斷效果差、耗時長、準(zhǔn)確性低等問題。因此，研究一種超速離心機(jī)專用的故障診斷專家系統(tǒng)是十分必要的，可以有針對性的對超速離心機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行及時的診斷。專家系統(tǒng)是一個智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。專家系

10、統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)一般由知識庫、推理機(jī)、知識獲取機(jī)構(gòu)、解釋機(jī)制、綜合數(shù)據(jù)庫和人機(jī)界面組成2。專家系統(tǒng)常用的推理方法有基于規(guī)則的推理方法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理方法、基于模糊理論的推理方法與基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理方法等。其中基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理方法具有對知識庫的依賴性小、知識表達(dá)簡單、容易處理不確定性數(shù)據(jù)等特點(diǎn)3，所以，本文選擇該方法作為超速離心機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的推理方法。1系統(tǒng)組成超速離心機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)原

11、理如圖1所示，主要由以下幾個部分組成:1)知識庫:包含以規(guī)則形式編碼的解決問題的領(lǐng)域?qū)＜抑R。知識表示方法有很多種，包括產(chǎn)生式、語義網(wǎng)、框架、邏輯等方法。產(chǎn)生式知識表示方法是在專家系統(tǒng)中用得最多的一種知識表示方法。用產(chǎn)生式方法表示知識，由于各產(chǎn)生式規(guī)則之間是獨(dú)立的模塊，這對系統(tǒng)的修改、擴(kuò)充特別有利。另外，產(chǎn)生式知識表示與人們很多思維習(xí)性十分吻合。2)推理機(jī):以知識庫中的已有知識為根據(jù)，推理出結(jié)論。采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理方法進(jìn)行正向推理。3)綜合數(shù)據(jù)庫:用來存儲初始數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)以及計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。4)解釋機(jī)制:解釋機(jī)制是指專家系統(tǒng)對用戶所需求的概念和系統(tǒng)的行為像領(lǐng)域?qū)＜乙粯幼龀鐾ㄋ滓锥慕忉?/p>

12、，同時領(lǐng)域?qū)＜铱赏ㄟ^解釋系統(tǒng)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。5)知識獲取:為用戶建立的一個知識自動輸入方法，以代替知識工程師去編碼知識。6)人機(jī)界面:用戶和專家系統(tǒng)軟件界面之間的通信交互機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)采用WindowsXP作為軟件開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)，采用VC+為軟件開發(fā)語言。2貝葉斯網(wǎng)絡(luò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種概率網(wǎng)絡(luò)，它是基于概率推理的圖形化網(wǎng)絡(luò)，而貝葉斯公式則是這個概率網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于概率推理的數(shù)學(xué)模型，所謂概率推理就是通過一些變量的信息來獲取其他的概率信息的過程，基于概率推理的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是為了解決不確定性和不完整性問題而提出的，它對于解決復(fù)雜設(shè)備不確定

13、性和關(guān)聯(lián)性引起的故障有很大的優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。設(shè)A為故障征兆，Bi(i=1，2，n)為導(dǎo)致A產(chǎn)生的n種互不相容且完備的故障集，由貝葉斯公式可知：其中，P(Bi)為先驗(yàn)概率，P(BiA)為后驗(yàn)概率4。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)就是要依靠先驗(yàn)概率和節(jié)點(diǎn)的條件概率來計算后驗(yàn)概率，從而得出在某故障征兆發(fā)生的情況下，引起該征兆的各種故障原因的概率。3貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建立和推理方法超速離心機(jī)故障包括轉(zhuǎn)子故障、電機(jī)故障、控制電路故障及機(jī)械故障等。其中有關(guān)轉(zhuǎn)子方面的故障占全部故障總數(shù)的70%。所以，本文以轉(zhuǎn)子故障為例建造貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并說明推理方法。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個有向無環(huán)圖，由節(jié)點(diǎn)和有向弧組成，其中節(jié)點(diǎn)代表論域中的

14、變量，有向弧代表變量之間的關(guān)系。一個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以反映出變量之間的定性信息，也可以反映出定量信息。定性信息由有向弧來反映，定量信息由變量之間的關(guān)系強(qiáng)度來表示，它由節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)之間的條件概率來表示5。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建造是一個復(fù)雜的任務(wù)，需要知識工程師和領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c。在實(shí)際應(yīng)用中可能是反復(fù)交叉進(jìn)行且不斷完善的。超速離心機(jī)故障診斷應(yīng)用的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建所需要的信息來自多種渠道，如，設(shè)備手冊、生產(chǎn)過程、測試過程、維修資料以及專家經(jīng)驗(yàn)等。一般地，構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程包括2個步驟，首先利用先驗(yàn)知識構(gòu)建先驗(yàn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò);之后結(jié)合已有數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算，得到后驗(yàn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)5。圖2為離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的貝葉斯網(wǎng)

15、絡(luò)模型，表1為離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)表。圖2列舉出的轉(zhuǎn)子的各種故障全部來源于領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)，以及離心機(jī)生產(chǎn)技術(shù)手冊和說明書等，這些故障并不是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的全部故障癥兆，僅僅為常見故障，具有代表性，是為了說明貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理方法。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場工人的實(shí)際統(tǒng)計，根節(jié)點(diǎn)Ri的概率和各子節(jié)點(diǎn)Sj的條件概率都可給出如下，這需要領(lǐng)域?qū)＜液拖嚓P(guān)工作人員在大量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來6。根據(jù)式(1)可以計算出在各征兆發(fā)生時，由哪個故障原因引起的概率，例如：所以，帶入公式計算出P(R2|S2)=435%。其他概率也可同理計算出，如表2。 由表2可知，當(dāng)S1故障征兆發(fā)生時，由R1引起的可能性為623%，R2，R

16、3與S1無關(guān)，其他與之同理。這就得出了需要的故障診斷結(jié)果。4結(jié)果驗(yàn)證與仿真某離心機(jī)生產(chǎn)工廠對1000臺出廠的離心機(jī)做運(yùn)行狀況測試發(fā)現(xiàn):有42臺離心機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)1倍頻幅值過大的故障，經(jīng)過檢測，其中8臺離心機(jī)的故障為轉(zhuǎn)子彎曲，概率約為191%;15臺離心機(jī)故障為轉(zhuǎn)子不對中，概率約為357%;19臺離心機(jī)故障為轉(zhuǎn)子不平衡，概率約為452%，計算出的數(shù)據(jù)和實(shí)際統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)誤差很小。故障仿真是通過MSBNx(用于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建、評價和評估)軟件來實(shí)現(xiàn)。在MSBNx上構(gòu)建轉(zhuǎn)子的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并輸入父節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率，最后得出后驗(yàn)概率，如圖3為當(dāng)發(fā)生故障1倍頻幅值過大時，輸入父

17、節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)子彎曲R1，轉(zhuǎn)子不對中R2，轉(zhuǎn)子不平衡R3的概率和節(jié)點(diǎn)S4的條件概率，經(jīng)過軟件計算得出結(jié)果。4結(jié)論貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理過程符合專家的思維方式，它不但提供給專家一個表達(dá)知識和經(jīng)驗(yàn)的方法，而且可利用這些知識進(jìn)行定量計算。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在離心機(jī)故障診斷中的應(yīng)用有以下優(yōu)勢:1)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可用簡潔直觀的圖形描述故障與征兆間復(fù)雜的因果關(guān)系。2)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的不確定性推理能力，可定量計算出故障發(fā)生的概率，給出概率解釋。本文通過實(shí)際驗(yàn)證和仿真結(jié)果表明本研究的正確性和有效性，并可依據(jù)此結(jié)果進(jìn)行檢修，避免了大量繁瑣和無用的工作，節(jié)省了時間與資源，同時提高了設(shè)備的可靠性和安全性。C、汽輪機(jī)故障診斷故障對策a、質(zhì)

18、量不平衡：不對中(1)檢查轉(zhuǎn)子的對中狀況是否良好；(2)檢查軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否符合要求；(3)檢查機(jī)組動靜間隙是否均勻；(4)減小軸承寬度，抬高軸承標(biāo)高以提高軸承比壓；(5)提高進(jìn)油溫度，將粘度較高的油換成粘度較低的油；(6)必要時將軸承改為穩(wěn)定性好的軸承。 b、轉(zhuǎn)子碰磨(1)檢查軸系平衡、對中狀況是否良好；(2)檢查和調(diào)整動靜間隙；(3)檢查軸系的穩(wěn)定性是否良好；(4)啟停機(jī)過程中應(yīng)檢查大軸晃動度、汽缸上下溫差、蒸汽參數(shù)是否合格；(5)嚴(yán)禁機(jī)組在振動超限時運(yùn)行或硬闖臨界轉(zhuǎn)速，嚴(yán)禁在臨界轉(zhuǎn)速附近滯留。 c、油膜震蕩(1)檢查轉(zhuǎn)子的對中狀況是否良好；(2)檢查軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否符合要求；(3)檢查機(jī)組動靜間隙是否均勻；(4)減小軸承寬度，抬高軸承標(biāo)高以提高軸承比壓；(5)提高進(jìn)油溫度，將粘度較高的油換成粘度較低的油；(6)必要時將軸承改為穩(wěn)定性好的軸承。d、氣流震蕩(1)檢查和調(diào)整汽封間隙；(2)檢查和調(diào)整軸承標(biāo)高；(3)減負(fù)荷運(yùn)行；(4)必要時改變汽門開啟次序，更換軸承等。e、大軸彎曲(1)當(dāng)彎曲值較小時，可進(jìn)行現(xiàn)場動平衡；(2)當(dāng)彎曲值較大時，必須進(jìn)行直軸處理。 f、葉片脫