设备状态监测与故障诊断技术及应用

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日本:事故率降低75%,维修费用降低 25%~50%。
英国:对2000个大型工厂进行调查表明:节省费用3 亿英镑,而诊断成本为0.5亿英镑,净获利2.5 亿英镑。
中国:按1997年我国国营工业企业有50万个,总固
定资产15000亿元,每年用于设备大修、小修
及其处理故障的费用一般占固定资产原值的
3~5%,采用诊断技术后一年的经济效益可达
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什么是状态监测和故障诊断?
• 在设备运行中或在基本不拆卸的情况下, 通过各种手段,掌握设备运行状态, 判定产生故障的部位和原因, 并预测、预报设备未来的状态。
是防止事故和计划外停机的有效手段。
是设备维修的发展方向。
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a.设备故障诊断的意义
• 1989年美国挑战者号航天飞机失事 • 前苏联切尔诺贝利核电站的爆炸 • 1985年大同电厂1988年秦岭电厂20万
• 公司充分发挥航天技术优势,长期致力于各类旋 转机械故障诊断系统的研发、生产和经营,已有 近30年的历史,已成为国内机械故障诊断行业中 知名的科、工、贸一体化企业,同时产品批量出 口。
• 公司离在线产品以可靠的质量,完善的售后服务 及优越的性能价格比赢得了国内外用户的信赖。 公司产品已广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、 铁路、烟草、供水等大、中型企业的设备管理、
KW发电机组断轴毁机事故
………………..
2020/5/3
• 据统计,中国在1977年和1987年已 投产的6-7个大化肥厂中,由于大机 组的故障停机,仅这两年内损失的 化肥产量,相当于一个大型化肥厂 的全年产量(30万吨合成氨,48万 吨尿素)。
b.设备故障诊断的目的
• 及时预防、诊断、消除设备故障,对 设备运行进行必要指导。
简谐振动三要素
• 振幅 (Amplitude) 偏离平衡位置的最大值,记作A。描述振动的规模。
• 圆频率 (Angular frequency) 描述振动的快慢,记作 ,单位为弧度/秒。 频率 f = /2 为每秒钟的振动次数,单位为次/秒(Hz)。 周期 T = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间,单位为秒。
❖ 不接触测量,特别适 合测量转轴和其他小 型对象的相对位移。
❖ 有零频率响应,可测 静态位移和轴承油膜 厚度。
❖ 相移很小。
❖ 灵敏度与被测对象的 电导率和导磁率有关。
磁电速度传感器
接收形式:惯性式 变换形式:磁电效应 典型频率范围:10Hz~1000Hz 典型线性范围:0~2mm 典型灵敏度 :20mV/mm/s
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振动监测手段的分类和选用 振动监测系统的分类和选择
设备 类型
关键 设备
重要 设备 一般 设备
损坏后果
完全停产 ~100%
部分停产 50~100% 部分停产 或不停产 0~50%
推荐监测手段
主要功能
计算机化 固定式的 监测系统
一般的 固定式的 监测系统
周期性的 监测系统
便携式的 测振仪表
振动幅值、频谱的连续监测 数据存储、数据比较,数据文件管理 趋势分析、谱趋势分析 启、停车等瞬态过程数据收集 超限报警、保护,事故记忆 故障诊断,人工智能,联网,远程等 振动幅值的连续监测 超限报警、保护 数据存储、比较,趋势分析 振动幅值、频谱的周期采集 数据存储和管理 数据比较,趋势分析 振动幅值的采集 简单的频率分析
• 北京京航公司是隶属于中国运载火箭技术研究院 的航天高科技企业;
• 同时是中国设备管理协会于2000年批准成立的设 备诊断工程技术中心;
• 公司于2003年通过ISO-9001国际质量体系认证。 • 2004年被中国质量协会全国用户委员会评为“全
国用户满意单位”。 • 2006年与丹麦PCH公司成为战略合作伙伴关系。
定期预防维修 统计规律 经验
感观化
个体差异
不利于学习
维修不足 维修过剩
预知维修
设备状态 数据
客观、量化 仪器差异
利于学习
经济维修
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(三)、设备状态监测的适用性
1、能适用的机械比例大(约90%)
2、对复杂的机械设备效果特别大
3、对劣化发展型和随机型故障的(过去预 防维修无能为力)设备效果特别大
设备故障诊断在国内外企业的应用
假定 x(t) 是周期为T的周期振动函数,则可展开成如下的三角
傅立叶级数形式:
x(t)
a0 2
a1 cost a2 cos 2t
b1 sin t b2 sin 2t
a0
2 n1
(anconst bn sin nt)
(2-4)
式中:
2 /T
a0
2 T
T 0
x(t)dt
定义
定期维修体制
按预订的时间间隔或检修周期对设备 作维修、调整和更换备件。
优点
• 机器寿命较长。 • 减少意外停机。 • 备件库存较少。
缺点
• 意外停机引起生产损失。 • 过剩维修导致维修费用增加。 • 过剩维修引起人为维修故障。
美国宇航局(NASA)经过调查后认 为,70%的设备进行定期维修不仅是 无效的,而且是反而有害的,因为每 维修一次,故障率相应升高,故障多 数发生在维修后的一周之内。
转动特征 正进动 正进动 正进动 正进动
正进动
反进动
二、振动、频谱分析的基本理论
(一).振动与简谐振动 (二).简谐振动的要素 (三).频谱分析的基础及作用 (四).频谱分析中的常用概念与波形
振动定义:物体在平 衡位置附近所做的往 复运动称为振动
简谐定义: 物体在跟偏 离平衡位置的位移大小 成正比,并且总指向平衡 位置的回复力的作用下 的振动,叫做简谐振动。
• 初相角 (Initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态,记作。
2、频谱分析基础
x(t)
• 对于现场设备的周期振动 ,不论其振动 波形有多复杂,都可以用傅立叶级数表 示为许多频率成简谐关系的简谐振动组 成:
x(t) A0 A1 cos(t 1) A2 cos(2t 2) ... An cos(nt n )
❖ 频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅 里叶算法(FFT)。
❖ 频率分析可用频率分析仪来实现,也可在计 算机上用软件来完成。
❖ 频率分析的结果得到各种频谱图,这是故障 诊断的有力工具。
周期信号在时域及频域的分解
从数学的角度来说,所谓周期信号的分解,就是将一个周期 函数展开成傅立叶级数,亦即展开成一系列简谐函数之和,称 为谐波分析。
频谱分析的常用概念
• 工频(也称基频、转频、1X(1倍频)等)
工频 转速 60
• 谐波(倍频)、次谐波 • 谐波(倍频)是指某一频率的整倍数频
率分量,如2X,3X,4X,5X……nX。 • 次谐波是指某一频率的分数倍频率分量,
如1/2X,1/3X,1/4X,3/2X ……
频域表示与时域表示的关系
R( )
称 F()为F( j)的幅值谱函数,称 ()为F( j的) 相位谱函数
周期信号的幅值谱和相位谱
简谐振动波形和频谱图(例)
T
x
A s in(2

f
3
)
2
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转动机械常见故障的频率特征
故障名称 不平衡 热弯曲
频率特征
1×R 1×R
转动特征 同步正进动 同步正进动
不对中 2×R
正进动
磁拉力 不平衡
❖ 测量非转动部件的绝 对振动的速度。
❖ 不适于测量瞬态振动 和很快的变速过程。
❖ 抗干扰力强。
❖ 传感器质量较大,对 小型对象有影响。
❖ 在传感器输出阻抗固 有频率附近有较大的 相移。
压电加速度传感器
接收形式:惯性式 变换形式:压电效应 典型频率范围:0.2Hz~10kHz 线性范围和灵敏度随各种不同型号 可在很大范围内变化。
an
2 T
T 0
x(t)constdt
n 1,2,3,
bn
2 T
T 0
x(t)sin nt
n 1,2,3,
a 其中 n 和 bn 称为傅立叶系数。 a0 / 2 是 x(t) 的平均值,即直流分量。
快速傅立叶变换(FFT)
F ( j) F ()e j () R() jX ()
F() R2() X 2() ( ) arctg X ( )
2N×R N 为磁极对数
正进动
Fra Baidu bibliotek
松动 齿轮故障
1×R, 2×R 等 也 有 1.5 × R, 2.5×R 等 啮合频率等于 齿数×R , 边带频率…
滚动轴承
外环故障… 内环故障… 滚珠故障…
故障名称 油膜涡动 油膜振荡 气隙振荡 内腔积液
转子内阻
径向摩擦
轴向摩擦
频率特征
(0.4~0.49)×R 等于低阶固有 频率 等于低阶固有 频率 失稳前 0.5×R 失稳后为低阶 固有频率 失稳前 0.5×R 失稳后为低阶 固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 失稳后等于低 阶固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 失稳后等于低 阶固有频率
数百亿元。
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设备状态监测与故障诊断知识树
设备允许参数









集 获取检 理 设备特 别
被测设备
对比
测信号 征信息
故障确定 趋势分析
诊断决策
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识别重要设备
要看设备出现故障时是否: 会威胁安全或破坏环保标准 会有重大经济损失后果
根据设备的重要程度以及减少对工作效率的影 响等来决定排除故障的投资决策。
• 返回
频谱分析的作用
• 频率变换以直角坐标形式表示得到的图形就 是谱图。
• 频谱是一个总称,按照频率成分的内容可分 为幅值谱、相位、功率谱、能量谱、倒频谱 等类型。
❖ 测量非转动部件的 绝对振动的加速度。
❖ 适应高频振动和瞬 态振动的测量。
❖ 传感器质量小,可 测很高振级。
❖ 现场测量要注意电 磁场、声场和接地 回路的干扰。
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信号处理
❖ 波形分析:时域分析、幅值谱分析、功率谱 分析、平均谱分析、概率谱分析、倒频谱分 析、三维谱分析、包络分析。
❖ 趋势分析
❖ 信号处理就是,把振动信号中所包含的各种 频率成分分别分解出来的方法。
日本维修人员的经验是,定期维修后 一周出现的故障率60%,一月之内的 故障率总计可达80%左右
预测维修体制
定义 有计划地对设备作检查和测试,以确定其
健康状态。
• 减少非计划停机损失。
优点 • 维修时间间隔可以延长。
• 非必要维修减到最少。 • 备件库存最小。
缺点 • 需要初始投资。
• 需学习和培训。
大约价格
数十万元 以上
几万~ 数十万元
几万元 几千元
信号采集
■选测点原则:近距、刚性、安全 ■定测点、定时间、定人员、定仪器、
定参数、定工况、定路线
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❖ 涡流式位移传感器 ❖ 磁电式速度传感器 ❖ 压电加速度传感器
涡流位移传感器
接收形式:相对式 变换形式:电涡流 典型频率范围:0~20kHz 典型线性范围:0~2mm 典型灵敏度 :8.0V/mm(对象为钢)
• 制订合理的监测维修制度,延长设备 寿命,降低维护费用。
• 为设备优化设计、合理制造及生产过 程提供数据和信息。
2020/5/3
c.设备故障诊断的任务
• 设备状态监测 • 设备故障诊断 • 指导设备的管理维修
2020/5/3
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(二)、设备维修制度的发展
• 事后维修,故障维修 (Break down) 设备坏了后才去修理。
中国运载火箭技术研究院 北京京航公司
设备状态监测与故障诊断技术及应用
(诊断技术与产品介绍专题) 主讲人:贾元立
中国运载火箭技术研究院 北京京航公司(介绍)
一、设备故障诊断的概况 二、设备状态监测知识树 三、中国运载火箭技术研究院
北京京航公司(产品) 四、全国客户群
谢谢!
中国运载火箭技术研究院 北京京航公司
• 定期维修,预防维修 (Preventive) 定期地检查和大修。
• 预测维修,视情维修 (Predictive) 周期的监测,需要时才去维修。
事后维修体制
定义 设备运行到坏了再进行修理。
优点 • 不需要安排计划。
• 对一些设备,更换比修理更便宜。
缺点
• 意外停机引起生产损失。 • 灾难性的设备事故。 • 库存备件投资多。 • 引起设备的二次损坏。
预测维修体制与十一五规划
• 《国民经济和社会发展第十一个五年规划 纲要》提出,到2010年单位GDP能耗比 2005年下降20% 。降低能耗不仅仅体现 在生产过程中,而是生产的全过程,降低 维修能耗更是未来发展的方向。
• 预测维修,是节约企业人力、物力、精力, 实现循环经济有效维修途径,是符合国策 的先进维修理念。
检测及维修。
ISO9001质量体系认证证书
2002、2003、2004年度 被评为全国用户满意产品
技术部在火箭院的荣誉
国家科技进步二等奖
中国计量器具许可证(CMC)
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一.设备故障诊断的概况
(一).设备故障诊断的意义、目的、任务 (二).设备故障诊断发展的历史 (三).设备故障诊断的适用性与应用
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