故障診斷0810

1、?1?2內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n趨勢分析診斷法 通頻值趨勢分析 頻譜趨勢分析 報警值和危險值的確定 n相關(guān)分析診斷法 自相關(guān)分析 互相關(guān)分析n倒頻譜分析診斷法n狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷n故障診斷的各種手段n監(jiān)測儀器的分類及其選用 離線儀器和在線系統(tǒng)n頻譜分析診斷法 不同故障的特征頻率 不平衡、不對中、松動、 軸承故障、齒輪故障舉例 ?3n在設(shè)備運行運行中或在基本不拆卸基本不拆卸的情況下，n通過各種手段，掌握設(shè)備運行狀態(tài)掌握設(shè)備運行狀態(tài)，n判定產(chǎn)生故障的部位和原因故障的部位和原因，n并預(yù)測、預(yù)報設(shè)備未來的狀態(tài)。什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？_是防止事故和計劃外停機的有效手段。_是

2、預(yù)知維修的基礎(chǔ)，是設(shè)備維修的發(fā)展方向。?4監(jiān)測和診斷的各種手段監(jiān)測和診斷的各種手段 振動：振動：適用于旋轉(zhuǎn)機械、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。 溫度（紅外）：溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機械、電機、電器等。 聲發(fā)射：聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。 油液（鐵譜）油液（鐵譜） ：適用于齒輪箱、設(shè)備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等。 無損檢測：無損檢測：采用物理化學方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測。 壓力：壓力：適用于液壓系統(tǒng)、流體機械、內(nèi)燃機和液力耦合器等。 強度：強度：適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機械、鍛壓機械等。 表面：表面：適用于設(shè)備關(guān)鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等。 工況參數(shù)：工況參數(shù)：適

3、用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設(shè)備等。 電氣：電氣：適用于電機、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等。?5儀器分類儀器分類：n離線測量儀表 便攜式測振表 數(shù)據(jù)采集器n在線測量系統(tǒng) 表盤式的 計算機化的監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用儀器選用原則儀器選用原則： 被監(jiān)測對象在生產(chǎn)中的地位 生產(chǎn)的規(guī)模和產(chǎn)量 預(yù)計的投資 設(shè)備管理人員的水平和素質(zhì)?6振動監(jiān)測系統(tǒng)的分類和選擇設(shè)備類型損壞后果推薦監(jiān)測手段主 要 功 能大約價格關(guān)鍵設(shè)備完全停產(chǎn)100%計算機化的監(jiān)測系統(tǒng)振動幅值、頻譜的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)文件管理趨勢分析、譜趨勢分析啟、停車等瞬態(tài)過程數(shù)據(jù)收集超限報警、保護，事故記憶故障

4、診斷，人工智能，聯(lián)網(wǎng)，遠程等數(shù)十萬元以上重要設(shè)備部分停產(chǎn)50100%表盤式的監(jiān)測系統(tǒng)振動幅值的連續(xù)監(jiān)測超限報警、保護數(shù)據(jù)存儲、比較，趨勢分析幾萬數(shù)十萬元一般設(shè)備部分停產(chǎn)或不停產(chǎn)050%數(shù)據(jù)采集器振動幅值、頻譜的周期采集數(shù)據(jù)存儲和管理數(shù)據(jù)比較，趨勢分析幾萬元便攜測振表振動幅值的采集簡單的頻率分析幾千元監(jiān)測和診斷儀器的分類和功能監(jiān)測和診斷儀器的分類和功能?7監(jiān)測和診斷儀器選用監(jiān)測和診斷儀器選用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集離線監(jiān)測數(shù)據(jù)周期采集25重要機器重要機器5關(guān)鍵機器關(guān)鍵機器30一般重要機器一般重要機器20次要機器次要機器20普通機器普通機器不監(jiān)測用壞為止透平機壓縮機汽輪發(fā)電機組燃氣輪機大電機大、中型泵

5、風機齒輪箱小電機小型泵通風機?8測振表的外形和工作框圖測振表的外形和工作框圖阻抗變換前置放大指示選頻網(wǎng)絡(luò)微積分檢波主放大電池靈敏度調(diào)節(jié)傳感器輸入交流輸出 直流輸出?9計算機存貯器打印機屏 幕軟件放大接口存貯顯示時鐘電池管理環(huán)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)采集器計算機及外部設(shè)備數(shù)據(jù)采集器的外形數(shù)據(jù)采集器的外形和工作框圖和工作框圖?10數(shù)據(jù)采集器的工作流程數(shù)據(jù)采集器的工作流程主 菜 單趨勢分析顯示和打印調(diào)用存儲數(shù)據(jù)趨勢分析和譜趨勢分析巡檢準備輸入組態(tài)信息清除內(nèi)存出發(fā)巡檢校對時鐘數(shù)據(jù)處理下載數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)比較巡檢報表頻譜分析頻譜圖軌跡圖顯示和打印軌跡分析定巡檢路線新開巡檢組定設(shè)備和測點定測量參數(shù)更改測量參數(shù)增減設(shè)備和測點增

6、減巡檢組組 態(tài)打印組態(tài)表?11典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)雙通道振動表推力瓦位和瓦溫表振動傳感器在瓦蓋上水泵的監(jiān)測系統(tǒng)水泵的監(jiān)測系統(tǒng)?12典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)前置器雙通道軸位表推力瓦溫表鍵相信號雙通道軸振表徑向瓦溫表鍵相傳感器90度布置的兩渦流傳感器推力瓦溫傳感器徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報警信號輸出離心壓縮機離心壓縮機監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)?13計算機化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖計算機化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖 n最簡單的計算機化監(jiān)測系統(tǒng)。n單一計算機完成數(shù)據(jù)采集、管理、數(shù)據(jù)分析、人機對話等功能。存貯器打印機屏 幕軟件適調(diào)放大切換裝置A/D變換器來自傳感器監(jiān)測儀表計算機?14汽輪發(fā)電機

7、組的監(jiān)測系統(tǒng)框圖汽輪發(fā)電機組的監(jiān)測系統(tǒng)框圖下位機分析處理聯(lián)網(wǎng)顯示存貯人機對話通訊適調(diào)放大適調(diào)放大限幅整形光電隔離光電隔離光電隔離同步采樣采樣上位機振動信號（快變）溫度、壓力信號（慢變）鍵相信號?15精密診斷的方法精密診斷的方法n頻譜分析法n趨勢分析法n時域分析法 波形分析、相關(guān)函數(shù)分析n倒頻譜分析法n模態(tài)分析法n隨機減量法n沖擊脈沖法（SPM）其他數(shù)學方法 模式識別法 模糊診斷法 故障樹診斷法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 小波分析法 灰色系統(tǒng)法 分形幾何法?16頻譜分析法頻譜分析法n頻譜分析法是最基本和最常用的故障診斷方法。n每種故障有其對應(yīng)的特征頻率。n根據(jù)特征頻率及其變化確定機器的故障性質(zhì)和嚴重程度。?1

8、7轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征強迫振動類故障強迫振動類故障自激振動類故障自激振動類故障R: 轉(zhuǎn)動頻率故障名稱 頻率特征 轉(zhuǎn)動特征 故障名稱 頻率特征 轉(zhuǎn)動特征 不平衡 1R 同步正進動 油膜渦動 (0.40.49)R 正進動 永久彎曲 1R 同步正進動 油膜振蕩 等于低階固有頻率 正進動 不對中 2R 正進動 氣隙振蕩 等于低階固有頻率 正進動 磁拉力 不平衡 2NR N 為磁極對數(shù) 正進動 內(nèi)腔積液 失穩(wěn)前 0.5R 失穩(wěn)后為低階固有頻率 正進動 松 動 1R, 2R 等 也有 1.5R, 2.5R 等 轉(zhuǎn)子內(nèi)阻 失穩(wěn)前 0.5R 失穩(wěn)后為低階固有頻率 正進動 齒輪故

9、障 嚙合頻率等于 齒數(shù)R ， 邊帶頻率 徑向摩擦 失穩(wěn)前小于低階固有頻率 失穩(wěn)后等于低階固有頻率 反進動 滾動軸承 外環(huán)故障 內(nèi)環(huán)故障 滾珠故障 軸向摩擦 失穩(wěn)前小于低階固有頻率 失穩(wěn)后等于低階固有頻率 ?18轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜n波形為簡諧波，少毛刺。n軸心軌跡為圓或橢圓。n1X頻率為主。n軸向振動不大。n振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。n過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風機TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小?19轉(zhuǎn)子不平衡的類型轉(zhuǎn)子不平衡的類型不平衡類型 特 征 消除措施 質(zhì)量不平衡 低速晃動小 平衡 永久彎曲 低速晃動大 靜態(tài)

10、校直 熱彎曲 振動隨負荷增大，但有滯后 找出原因 部件位移或脫落 振動階躍增加，然后穩(wěn)定 停車檢查 部件結(jié)垢 振動緩慢增加，軸向振動和軸向推力增大，機器效率降低 清垢 聯(lián)軸器不平衡 相鄰軸承振動大，相位相同 平衡 ?20轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜 n出現(xiàn) 2X 頻率成分。n軸心軌跡成香蕉形或8字形。n軸向振動一般較大。n本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。電機水泵POPIMOMI1X 頻率2X 頻率葉片通過頻率?21轉(zhuǎn)子不對中的類型轉(zhuǎn)子不對中的類型正確對中 e = 0, = 0平行不對中 e 0, = 0角度不對中 e = 0, 0綜合不對中 e 0, 0?22不同聯(lián)軸節(jié)的情況不同聯(lián)軸節(jié)的

11、情況聯(lián)軸節(jié)類型 不對中形式 振 動 特 征剛性聯(lián)軸節(jié) 平行不對中 有2X成分 角度不對中 軸向振動1X成分大 軸向振動大，有2X及高次諧波齒式聯(lián)軸節(jié) 徑向振動可能有2X、3X、4X 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動的相位常相反膜片聯(lián)軸節(jié) 有nX 成分（n為螺釘數(shù)）?23轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜n波形出現(xiàn)許多毛刺。n譜圖中噪聲水平高。n出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X等成分。n松動結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。電機水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分本例中最高出現(xiàn)16X成分噪聲水平高?24松動故障引起的間入諧量松動故障引起的間入諧量n未松動時的頻未松動時的頻譜譜n松動時的頻譜松動時的頻譜 出現(xiàn)0.5X，1.5

12、X，2.5X，3.5X.等頻率成分?25松動結(jié)合面兩邊振動差別大松動結(jié)合面兩邊振動差別大50353815101218402558松動！松動！不松動不松動?26D 節(jié)圓直徑d 滾珠直徑 接觸角z 滾珠數(shù)R 軸的轉(zhuǎn)速頻率滾動軸承故障的特征頻率滾動軸承故障的特征頻率 dD外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內(nèi)環(huán)RDdzf)cos1 (2RDdzf)cos1 (2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1 (21RDdf)cos1 (21?27滾動軸承故障的頻譜滾動軸承故障的頻譜 n軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。n隨著故障發(fā)展，它的幅值增加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。n還

13、可用如共振解調(diào)、倒頻譜等診斷方法。電機離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個諧波?28帶滾動軸承的機械的頻譜特點帶滾動軸承的機械的頻譜特點 不平衡不對中松動滾動軸承故障頻率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk?29帶滑動軸承的機械的頻譜特點帶滑動軸承的機械的頻譜特點不對中松動引起的諧波不平衡油膜渦動、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to

14、pk12.510.07.55.02.50?30齒輪故障的頻譜齒輪故障的頻譜n齒輪嚙合頻率 GMF 齒數(shù)齒輪轉(zhuǎn)速頻率n齒輪嚙合頻率兩邊有邊頻，間距為1X。n隨著齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加。n可用倒頻譜作進一步分析。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X?31趨勢分析法的理論根據(jù)趨勢分析法的理論根據(jù)n監(jiān)視機器的劣化過程n預(yù)測機器的失效時間正常使用期耗損期磨合期故障率時間“浴盆曲線”停機日期報警日期故障征兆時間劣化曲線報警值危險值?32通頻值趨勢分析通頻值趨勢分析報警值報警值危險值危險值停機日期停機日期報警日期報警日期?33確定報警值和危險值的方法確定報警值和

15、危險值的方法 絕對法絕對法 根據(jù)相應(yīng)的國際標準、國家標準、行業(yè)標準等， 如： ISO， GB， API 等。 相對法相對法 以機器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，自己和自己比。 ?34轉(zhuǎn)機振動標準舉例轉(zhuǎn)機振動標準舉例( (軸承振動軸承振動) )ISO2372ISO2372，ISO3945ISO3945振動烈度：振動速度的有效值測量頻率范圍 101000HzI 級：小型機械 例 15kW以下電機II級：中型機械 例 1575kW以下電機 和300kW以下機械III級：大型機械，剛性基礎(chǔ) 60012000r/minIV 級：大型機械，彈性基礎(chǔ) 60012000r/minA優(yōu)優(yōu)，B良，良，C可可，D不可不

16、可振動烈度mm/s 設(shè) 備 分 級 范 圍 限 值 I 級 II 級 III 級 IV級 0.28 0.45 0.71 A A A 1.12 A A A 1.8 B B B A A A 2.8 B B B A A A 4.5 C C C B B B 7.1 C C C B B B 11.2 C C C 18 C C C 28 45 71 0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45 D D D D D D D D D D D D ?35(軸振動)轉(zhuǎn)機振動標準舉例轉(zhuǎn)機振動標準舉例VDI德國工程師協(xié)會IEC 國際電工協(xié)會API 美國石油協(xié)會NE

17、MA MITI/JEAC ?36相對法確定振動限值相對法確定振動限值1 2 3 4 5 6 7 8滾動軸承滾動軸承齒齒 輪輪旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)機械滑動軸承滑動軸承(23) (46) 報警值危險值正常值正常值?37相關(guān)分析及其應(yīng)用相關(guān)分析及其應(yīng)用n自相關(guān)函數(shù)的定義n自相關(guān)分析的應(yīng)用n互相關(guān)函數(shù)的定義n互相關(guān)分析的應(yīng)用?38自相關(guān)函數(shù)的定義自相關(guān)函數(shù)的定義n信號和其延遲信號的乘積在一定時間內(nèi)的平均值。n反映信號x(t)和其延遲信號x(t + )的相似程度。TTxttxtxTR0d)()(1lim)(?39典型信號的自相關(guān)函數(shù)典型信號的自相關(guān)函數(shù)正弦正弦 隨機窄帶隨機寬帶隨機?40Rx()隨 很快衰減至零

18、，信號為寬帶隨機。Rx()出現(xiàn)周期成分，機器有周期沖擊。把各軸的轉(zhuǎn)動頻率和T 對比，可確定故障來自哪根軸。自相關(guān)分析的應(yīng)用自相關(guān)分析的應(yīng)用 C630車床主軸箱的故障診斷車床主軸箱的故障診斷?41互相關(guān)函數(shù)的定義互相關(guān)函數(shù)的定義n信號和另一延遲信號的乘積在一定時間內(nèi)的平均值。n反映信號x(t)和另一延遲信號y(t + )的相似程度。TTxyttytxTR0d)()(1lim)(?42互相關(guān)分析的應(yīng)用互相關(guān)分析的應(yīng)用確定管道泄漏故障點確定管道泄漏故障點Rx1x2()的尖峰的橫坐標0是3點振動傳播到點1和2的時間差故1和2的中點到泄漏點3的位置 s0.5v 0 v 為聲在管道中傳播速度?43互相關(guān)函

19、數(shù)的應(yīng)用互相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用振源的確定振源的確定y(t)與x2(t) 的互相關(guān)比y(t)與x1(t) 的互相關(guān)強，判明駕駛座 的振動主要來自后輪。根據(jù)Rx2y()的尖峰的橫坐標可確定振動傳播的時間。?44倒頻譜分析診斷法倒頻譜分析診斷法n倒頻譜分析用于識別頻譜圖中的周期結(jié)構(gòu)n倒頻譜的定義和有關(guān)的術(shù)語n倒頻譜分析主要應(yīng)用于滾動軸承和齒輪的故障診斷?45滾動軸承故障的頻譜滾動軸承故障的頻譜 n軸承每一種零件故障有其特殊的故障頻率。n隨著故障發(fā)展，會產(chǎn)生故障頻率的諧波和邊頻帶。n多個故障并存時，頻譜圖很復(fù)雜，難以識別。電機離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個諧波?46齒輪故障的

20、頻譜齒輪故障的頻譜 n每對齒輪有一嚙合頻率。n隨著故障發(fā)展，會產(chǎn)生嚙合頻率的諧波和邊頻帶。n有多種故障和多對齒輪時，頻譜圖很復(fù)雜，難以識別。OUIUILOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X?47 倒頻譜是對數(shù)功率譜的頻譜。 通俗地說，倒頻譜是頻譜圖的頻譜。 它突出了頻譜圖中的周期成分。 倒頻譜圖的橫坐標為倒頻率（時間）。倒頻譜的定義倒頻譜的定義log (Fxx( f ) c( )FFT?48倒頻譜的有關(guān)術(shù)語倒頻譜的有關(guān)術(shù)語 參照頻譜的術(shù)語，定義了倒頻譜的一些新術(shù)語頻譜頻譜 (Spectrum) 倒頻譜倒頻譜 (Cepstrum)頻率頻率 (Frequency) 倒頻率倒頻率

21、(Quefrency)幅值幅值 (Magnitude) 倒幅值倒幅值 (Gamnitude)諧波諧波 (Harmonics) 倒諧波倒諧波 (Rahmonics)相位 (Phase) 倒相位 (Saphe)?49 齒輪軸承故障的頻譜是帶有上下邊頻的許多諧波。 倒頻譜分析突出了頻譜圖中的周期成分。倒頻譜分析示意倒頻譜分析示意f /Hzf /Hzq/msq/msFFTFFTOOOO頻譜圖倒頻譜圖?50倒頻譜分析的特點倒頻譜分析的特點n能顯示頻譜圖中不明顯（被淹沒）的復(fù)雜的周期頻譜結(jié)構(gòu)，并精確地確定其倒頻率（振動周期）。n倒頻譜的主要峰值是大量周期分量的平均值，數(shù)值較穩(wěn)定，它可作為評定機械狀態(tài)的一個指標。n對從振源到測點之間信號傳遞路徑的變化不大敏感。?51倒頻譜分析的應(yīng)用倒頻譜分析的應(yīng)用齒輪信號中確定周期成分齒輪信號中確定周期成分(一一)n電機軸50Hz，63個齒n水泵軸121Hz，26個齒n頻譜圖中看到