機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與

故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第1頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時(shí)有發(fā)生轉(zhuǎn)子事故機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第2頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時(shí)有發(fā)生透平機(jī)械事故機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第3頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時(shí)有發(fā)生水輪機(jī)事故機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第4頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時(shí)有發(fā)生美國哥倫比亞號載人航天飛機(jī)失事機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第5頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)過程中惡性事故時(shí)有發(fā)生斷裂部位三峽塔帶機(jī)斷裂事故

9月3日機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第6頁我國因機(jī)械設(shè)備事故造成損失十分嚴(yán)重1985年10月29日山西大同第二電廠20萬千瓦2號機(jī)組因超速誘發(fā)軸系強(qiáng)烈振動(dòng)，軸系斷裂為五段，機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1400萬元；1998年2月12日陜西秦嶺電廠20萬千瓦5號機(jī)組軸系發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)烈振動(dòng)，軸系斷裂為十三段，機(jī)組嚴(yán)重?fù)p毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3000萬元；對石化引進(jìn)30萬噸合成氨和40萬噸尿素化肥廠中五大透平壓縮機(jī)組初步調(diào)查結(jié)果表明，僅1987年和1998年兩年不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)械事故就高達(dá)一百屢次，遭受經(jīng)濟(jì)損失約有幾個(gè)億機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第7頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診療能夠提升設(shè)備可靠性，實(shí)現(xiàn)“事后維修”到“預(yù)知維修”轉(zhuǎn)變，提升企業(yè)和設(shè)備管理水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量，防止重大事故發(fā)生，降低事故危害性，從而取得潛在巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。機(jī)電設(shè)備故障診療意義：日本應(yīng)用故障診療技術(shù)后，事故發(fā)生率降低75%，維修費(fèi)用降低25～50％。英國對個(gè)國營工廠調(diào)查表明，采取狀態(tài)監(jiān)測和故障診療技術(shù)后，每年可節(jié)約維修費(fèi)用3億英鎊，而故障診療系統(tǒng)成本為0.5億英鎊。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第8頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療國外診療技術(shù)發(fā)展概況：★美國最早，1967年美國宇航局提倡成立了機(jī)械故障預(yù)防小組（“MFPG”）★70年代英國機(jī)械保健中心成立，并用于核發(fā)電、鋼鐵、電力等診療?！?1年日本開始發(fā)展自己TPM（全員生產(chǎn)維修）：鋼鐵、石油、化工、鐵路★進(jìn)而歐美許多國家都在重視發(fā)展。如瑞典SPM軸承監(jiān)測、挪威船舶診療、丹麥B&K振動(dòng)與聲發(fā)射診療

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第9頁美國Pekrul電廠故障診療效益分析機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第10頁機(jī)械量:長度,,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量,振動(dòng);聲:聲壓,噪聲磁:磁通,磁場溫度:溫度,熱量,比熱機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第11頁振動(dòng)測量機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第12頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第13頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng):離線監(jiān)測與故障診療

定時(shí)或不定時(shí)巡檢方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后回放到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行監(jiān)測與診療分析。

特點(diǎn)：離線分析，對突發(fā)故障無能為力，但可精細(xì)分析比如：基于便攜式數(shù)采儀故障診療與預(yù)測維修系統(tǒng)（天津大學(xué)機(jī)電科技中心）機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第14頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：離線監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第15頁在線監(jiān)測與故障診療由傳感器及高速實(shí)時(shí)數(shù)采硬件、控制計(jì)算機(jī)及監(jiān)測分析軟件組成。特點(diǎn)：在線監(jiān)測，能夠給出設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，捕捉突發(fā)故障并進(jìn)行精細(xì)分析。比如：在線故障診療與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（天津大學(xué)機(jī)電科技中心）機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第16頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：在線監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第17頁機(jī)床電源計(jì)算機(jī)監(jiān)控箱統(tǒng)計(jì)、文件機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：在線監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第18頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第19頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：前瞻性故障診療模式：以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出主從分布式網(wǎng)絡(luò)化集成在線監(jiān)控與診療系統(tǒng)。特點(diǎn)：充分挖掘和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)信息交換、資源共享優(yōu)點(diǎn)，充分利用科研院所教授資源，實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)是數(shù)據(jù)而不是人”，在網(wǎng)絡(luò)層面上實(shí)現(xiàn)故障信息挖掘和故障類型確實(shí)診。比如：中國設(shè)備遠(yuǎn)程診療網(wǎng)（天津大學(xué)機(jī)電科技中心）機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第20頁狀態(tài)監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)：。。。。。。。。。。?！?信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī)….信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī)。。。。。。。。。。?！?信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理機(jī)組機(jī)組現(xiàn)場工控機(jī)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)多機(jī)組網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)測模式機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第21頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療主要包含以下幾個(gè)步驟：機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息獲取狀態(tài)特征提取狀態(tài)判斷與決議測取信號應(yīng)能反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)與故障信息，詳細(xì)包含：振動(dòng)、聲、力、溫度、超聲、油污染、銹蝕、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、電流、電壓等。其中：振動(dòng)信號最慣用，方法成熟，信息量大；聲信號采取非接觸測量，測取方便，信息量大，但輕易受干擾方法：以振動(dòng)測量為例，能夠測：加速度、速度、位移。通常采取加速度傳感器。

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第22頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療一、狀態(tài)信息獲取壓電加速度傳感器

加速度傳感器輸出電荷量與振動(dòng)加速度成正比。傳感器必須與前置電壓放大器、電荷放大器或測量放大器配用。直接放大可測加速度，經(jīng)過一次積分可測速度，經(jīng)過二次積分可測位移。加速度傳感器普通含有很高固有頻率，適于測量高頻振動(dòng)或設(shè)備振動(dòng)中高頻成份。比如齒輪箱捏合頻率、滾動(dòng)軸承特征頻率等。加速度傳感器測量是被測物體絕對振動(dòng)。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第23頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療一、狀態(tài)信息獲取速度傳感器速度傳感器固定在被測物體上，物體振動(dòng)時(shí)，傳感器輸出電量與振動(dòng)速度成正比。經(jīng)過一次積分可測位移，經(jīng)過一次微分可測加速度。速度傳感器測量是被測物體絕對振動(dòng)。速度傳感器頻響范圍較加速度低一些，不適合測量太高頻率振動(dòng)。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第24頁振幅：MM

速度：mm/S

加速度：M/S2

詳細(xì)采取哪個(gè)檔位要依據(jù)頻率來選擇。5000HZ以上提議選取加速度。1KHZ左右選取速度

振幅100以下選取。這么才能測量比較準(zhǔn)確。

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第25頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療一、狀態(tài)信息獲取電渦流式位移傳感器渦流傳感器屬于非接觸式傳感器一類，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最多。能夠用來監(jiān)測轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，比如轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)、軸心軌跡、軸心位置、油膜厚度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等信息。渦流傳感器測量是被測物體與傳感器探頭端面之間距離。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第26頁渦流式傳感器

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第27頁原理:渦流效應(yīng)。塊狀金屬置于改變著磁場中或者在固定磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流流線在金屬體內(nèi)是閉合所以叫做渦流。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第28頁（5.19電渦流作用原理圖）（5.20電渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖）（5.21電渦流傳感器系統(tǒng)）（5.22穩(wěn)頻調(diào)幅檢波式線路原理圖）機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第29頁一、狀態(tài)信息獲取機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療t0t0t0模擬信號離散量化

傳感器輸出信號普通都是諸如電壓、電荷、電阻改變值、電容改變值等模擬信號，在利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理之前必須對其進(jìn)行離散量化成數(shù)字信號。模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換過程以下列圖所表示。模擬信號采集機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第30頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療二、狀態(tài)特征提?。ㄐ盘柼幚恚?/p>

信號處理方法：時(shí)域分析、幅值域分析、頻域分析、時(shí)頻分析等信號處理目標(biāo)：采取各種技術(shù)和伎倆挖掘信號中內(nèi)含本質(zhì)，即信息。詳細(xì)到機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診療中就是提取設(shè)備相關(guān)信號（包含振動(dòng)、聲音、溫度、壓力等）特征，對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)作出準(zhǔn)確評價(jià)和預(yù)測，對已發(fā)生故障進(jìn)行確診，提出正確維修提議。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第31頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療三、機(jī)電設(shè)備故障診療方法轉(zhuǎn)軸組件故障診療轉(zhuǎn)軸組件是機(jī)器中主要裝配單元。它振動(dòng)類型可分為徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)三類。其中徑向振動(dòng)對機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)影響最大，成了振動(dòng)監(jiān)測主要對象?；剞D(zhuǎn)機(jī)械中振動(dòng)可分為兩種形式，其一是同時(shí)振動(dòng)，又稱為強(qiáng)迫振動(dòng)，主要由轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器不對中、安裝不良等引發(fā)。其振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率及其倍頻；振動(dòng)幅值在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速前伴隨轉(zhuǎn)速增加而增大；超出臨界轉(zhuǎn)速，則隨轉(zhuǎn)速增加而減小。對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡處理，能夠有效減輕和抑制這種振動(dòng)。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第32頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療四、在線監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)（系統(tǒng)方案）上海吳中泵站水泵單機(jī)組在線監(jiān)測機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第33頁數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用過程測試數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)DataMining評定更新XX故障機(jī)器現(xiàn)場數(shù)據(jù)分類規(guī)則現(xiàn)場評判機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第34頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療四、在線監(jiān)測與故障診療系統(tǒng)（硬件方案）工控計(jì)算機(jī)A/D變換器采樣保持抗混濾波增益控制調(diào)理器預(yù)處理器數(shù)據(jù)采集器ICP集成壓電傳感器機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第35頁軸承數(shù)據(jù)庫返回機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第36頁頻譜分析返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第37頁小波分析返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第38頁譜陣分析返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第39頁包絡(luò)分析返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第40頁在線監(jiān)測實(shí)施效果返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第41頁(傳統(tǒng))信號處理結(jié)果示例機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第42頁現(xiàn)場監(jiān)測圖1返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第43頁現(xiàn)場監(jiān)測圖2返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第44頁現(xiàn)場監(jiān)測圖3返回

下一頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第45頁現(xiàn)場監(jiān)測圖4返回機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第46頁因?yàn)榘惭b造成信號干擾原因：交叉干擾；探頭安裝不合理；探頭固定剛度不足；前置器輸入或輸出接頭松動(dòng)。對3300／3500系列，A大于25mm；對7200系列，A大于40mm。小于這個(gè)最小尺寸，輕易產(chǎn)生交叉偶合干擾。在國產(chǎn)DH型風(fēng)機(jī)上安裝傳感器時(shí)，因?yàn)檩S徑縱向長度太短，同時(shí)安裝鍵相傳感器時(shí)就會(huì)發(fā)生這種干擾，表現(xiàn)為正常振動(dòng)信號上疊加了脈沖信號，使得監(jiān)測儀表讀數(shù)偏大，經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警黃燈甚至危險(xiǎn)紅燈。機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第47頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療

也稱為機(jī)械故障巡檢系統(tǒng)，通常由傳感器、便攜式數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)軟件組成采取定時(shí)巡回檢測和離線分析方式工作適合于對工廠中量大面廣中、小型機(jī)械設(shè)備，尤其是那些尚無固定監(jiān)測點(diǎn)機(jī)器進(jìn)行定時(shí)狀態(tài)監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第48頁便攜式震動(dòng)檢測儀機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第49頁表示振動(dòng)四大要素：振幅、頻率、相位和能量

1）、振幅：代表振動(dòng)大小與設(shè)備或機(jī)械組件損壞「嚴(yán)重程度」。

2）、振幅單位有：位移值（mm）、速度值（mm/sec）、加速度值（g）

3）、頻率：代表振動(dòng)起源，設(shè)備或機(jī)械組件損壞「原因」。

頻率單位有：每秒發(fā)生次數(shù)（Hz或CPS）、每分鐘發(fā)生次數(shù)（CPM）

4）、相位：代表測點(diǎn)間振動(dòng)相互關(guān)系，設(shè)備或機(jī)械組件「運(yùn)轉(zhuǎn)模態(tài)」。

相位單位為：度（o）機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第50頁電動(dòng)機(jī)振動(dòng)值標(biāo)準(zhǔn)是有國家標(biāo)準(zhǔn)GB10068-是現(xiàn)行對中心高在56mm以上電動(dòng)機(jī)定義

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第51頁傳感器種類頻響特征測量適用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電渦流傳感器0~5000HZ或0~10000HZ轉(zhuǎn)軸相對振動(dòng)軸心軌跡軸承油膜厚度軸位移和脹差轉(zhuǎn)速和相位非接觸測量測量范圍寬靈敏度高抗干擾能力強(qiáng)不受介質(zhì)影響結(jié)構(gòu)簡單對被測材料敏感存在機(jī)械偏差和電氣偏差可能及影響安裝較復(fù)雜速度傳感器10~500HZ或10~1000HZ軸承座絕對振動(dòng)不需電源,簡單方便,靈敏度高輸出信號大、輸出阻抗低、電氣性能穩(wěn)定性好，不受外部噪聲干擾動(dòng)態(tài)范圍有限尺寸和重量大彈簧件易失效受高溫影響大加速度傳感器0.2~10000HZ或更高軸承座絕對振動(dòng)頻響范圍寬體積小、重量輕靈敏度高不易在高溫環(huán)境下使用裝配困難、成品率低機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第52頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療五、相關(guān)研究結(jié)果便攜式故障診療分析儀TD系列便攜式故障診療分析儀采取高性能計(jì)算機(jī)和高速數(shù)據(jù)采集卡，含有抗振性好、抗干擾能力強(qiáng)、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其應(yīng)用于野外作業(yè)及惡劣工況條件下進(jìn)行故障診療與狀態(tài)分析。

機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課件第53頁機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診療五、相關(guān)研究結(jié)果嵌入式便攜故障診療分析儀嵌入式便攜故障診療與預(yù)測維修系統(tǒng)是由天津大學(xué)機(jī)電科技中心開發(fā)，該系統(tǒng)提供了一整套應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診療與預(yù)測維修集成處理方案。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備在線采集、故障