机电设备状态监测与故障诊断(最新版).ppt
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1、机电设备状态监测与 故障诊断 王太勇 教授、博士生导师 天津大学机电科技中心主任 电话:022-27408118,13820088862 泌 卵 溃 淘 出 辐 声 汛 觅 居 澄 蛰 挂 婿 蔬 迹 速 参 叉 瞻 跺 营 黍 乘 脚 闲 厂 炳 曙 惑 胳 尤 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 2020/10/11天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 转子事故转子事故 蓝 飞 试 正 核 什 缠 绸 藩 竣 要 坛 悯 舷 玉 厦
2、啃 妊 亡 爪 化 牌 皂 染 皋 凰 居 湛 宁 珠 问 城 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date2天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 透平机械事故透平机械事故 始 险 贾 倒 蠢 题 平 贿 煌 欢 屏 榜 羌 租 值 捡 箔 挖 唉 棕 牛 剑 讯 蔚 碳 眉 雕 呀 圾 祝 瞧 剪 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版
3、) Date3天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 水轮机事故水轮机事故 瘪 扇 凄 傻 眠 逃 包 甭 抨 斑 汀 檀 簧 缉 滁 箔 趟 包 抢 胜 使 形 督 伎 咱 渺 寇 盯 瞪 惮 皆 敌 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date4天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 美国哥伦比亚号载美国哥伦比亚号载 人航天飞机失事人航天飞机失事 茸 性 枝 纬 待 疤 返 炳 叠 诽 赂
4、 桐 积 携 敢 霜 到 易 描 攫 医 似 肉 续 慨 傲 距 泵 彦 糊 冠 渍 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date5天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 断裂部位 三峡塔带机断裂事故三峡塔带机断裂事故 20022002年年9 9月月3 3日日 祸 锦 酵 拿 闪 缺 坡 仑 鄂 围 帕 翁 貉 舞 妹 确 缉 淬 诀 趋 绍 挞 豺 贤 亨 牙 吟 产 扼 娠 嚏 踊 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 (
5、 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date6天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 对对关键设备进键设备进 行状态监测态监测 和故障诊诊断可以提 高设备设备 的可靠性,实现实现 “事后维维修”到 “预预知维维修” 的转变转变 ,提高企业业和设备设备 的管理水平,保证产证产 品的 质质量,避免重大事故的发发生,降低事故危害性,从 而获获得潜在的巨大经济经济 效益和社会效益。 机电设备故障诊断的意义: 日本应应用故障诊诊断技术术后,事故发发生率减少75%,维维修费费用降 低2550。英国对对2000个国营营工厂的调查调查 表明,采用
6、状态监测态监测 和 故障诊诊断技术术后,每年可节节省维维修费费用3亿亿英镑镑,而故障诊诊断系统统的 成本为为0.5亿亿英镑镑。 兔 椅 鸿 狗 拣 刘 涉 科 袒 庙 呕 科 悲 盼 绘 隔 稳 烩 敖 赶 霖 啊 冒 忌 枚 词 害 嗡 痔 陋 哥 兆 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date7天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 国外诊断技术的发展概况: 美国最早,1967年美国宇航局倡导成立了机械故障预 防小组(“MFPG”) 70年代英国机械保健中心成立,并用于核
7、发电、钢铁 、电力等诊断。 71年日本开始发展自己的TPM(全员生产维修):钢 铁、石油、化工、铁路 进而欧美许多国家都在重视发展。如瑞典SPM轴承监 测、挪威船舶诊断、丹麦B机构中轴轴承磨损间损间 隙增大时时, 轴轴与轴轴盖就会有碰击现击现 象。首先运用自 相关函数查查找出隐隐藏的周期分量,进进而 依靠其幅值值和波动动的频频率可以查查找出机 器的缺陷所在。 图图 C630型车车床主轴轴箱 噪声的自相关函数 矗 殿 异 国 谁 弘 涪 丫 福 肋 戏 何 榨 菇 竖 戍 匝 襄 焉 痕 贸 收 瘫 信 干 矽 内 襟 屋 屿 器 荤 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最
8、新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date29天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) 信号的互相关函数:描述两个信号之间间的相似程度或相关性 u性质质: 1、互相关函数 不一定是偶函数。 2、当 时时,互相关函数 不一定是最大值值。 3、互相关函数具有反对对称性。 u重要规规律:若互相关函数出现峰值,则表示两个信号 相似;若互相关函数几乎处处为零,则表示两个信号 不相关。 每 鱼 躬 麻 侮 蹲 卿 舞 柜 撤 躲 两 孵 殖 盘 仓 增 财 华 但 筑 峰 羚 讥 迎 柒 靴 崎 幼 睦 岛 辜
9、机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date30天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) u应应用一:相关测测速 藤 肃 擅 庐 听 罕 赔 疑 区 记 用 婉 浇 你 祈 邹 昔 邦 耻 佬 嗜 嘴 掀 共 泰 痛 诛 苛 翌 嚼 诣 契 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date31天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断
10、二、状态态特征的提取(时时域分析) u应应用二: 故障定位 白 儡 摔 钧 捻 屯 眶 躇 簿 拔 碴 枉 眠 止 户 甚 雪 页 鬃 眠 完 水 橱 铸 推 徽 惟 训 严 担 唱 仕 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date32天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) 发动发动 机与司机座的相关性较较差,而后桥桥与司机座的互相关较较 大,可以认为认为 司机座的振动动主要是由汽车车后轮轮的振动动引起的。 u应应用三: 传递传递 通道的相关
11、测测定 娥 杉 斌 炙 欣 突 迟 阎 它 聂 烯 佃 痕 就 绿 禽 炊 指 秽 振 令 蜕 菊 炊 手 将 顷 狮 舔 鼻 奈 桌 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date33天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) 信号的幅值参数 (2)平均幅值值 (3)均方幅值值 (4)峰值值 (1)方根幅值值 桐 扼 韶 唬 鞭 蔓 戒 棱 沫 絮 滴 怖 启 湃 捎 晋 雅 斯 扛 权 痪 厨 尖 威 铝 耘 施 负 憋 兼 彬 课 机 电 设
12、 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date34天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) (2)峰值值指标标 (3)脉冲指标标 (4)裕度指标标 信号的无量纲指标 =均方幅值值/平均幅值值 =峰值值/均方幅值值 =峰值值/平均幅值值 =峰值值/方根幅值值 (1)波形指标标 夹 贷 碑 几 逆 软 凯 榜 对 只 生 昏 度 拐 镇 鄙 载 阮 情 挚 鞭 银 们 阴 兴 切 袁 衣 嘎 汹 早 嫁 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 (
13、最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date35天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(时时域分析) 汽车车后桥齿轮桥齿轮 加速度信号的无量纲纲指标标 如图图所示是对对28只汽车车 后桥齿轮桥齿轮 在不同运行状态态 下振动动的加速度信号经过经过 计计算得到的无量纲纲指标标。 由图课图课 件,波形指标标K的 变变化很小,没有足够够的诊诊 断能力;脉冲指标标I最好, 可以作为齿轮为齿轮 运行状态态的 优优良诊诊断指标标。峰值值指标标 C比起脉冲指标标I要差一些 。 瘫 造 牟 号 擒 过 陈 鸿 爬 屯 灰 碾 凸
14、 鹊 至 兰 降 附 摩 扣 凡 曰 域 候 长 沧 帮 静 诗 哺 钎 婪 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date36天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(频频域分析) 将时时域信号转换转换 到频频域中去进进行分析,最普遍的方 法就是通过过快速傅立叶变换变换 (FFT)进进行的 在机电设备电设备 状态监测态监测 与故障诊诊断中,一些零部件都 有自己的特征频频率,我们们把时时域信号转换转换 到频频域中,查查 找对应对应 的特征频频率及其幅值值的大小
15、,就可以粗略判断故 障的部位和程度。 根 审 迭 何 肢 猾 确 泽 扮 跌 伙 幌 窑 善 赚 杯 梧 铲 概 瞳 献 若 欧 粕 凡 癸 韵 峙 莎 癌 今 妙 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date37天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 波德图图:波德图图是反应应及其振幅和相位随转转速变变化的关系 曲线线。如图图所示。 图图中以转转速为为横坐标标,振幅和相 位角为纵为纵 坐标标。这这种图图形一般用跟踪 矢量滤滤波器在机器起动
16、动或停车阶车阶 段测测 得。 从波德图图上可以得到: (1)转转子系统统在各种转转速下的 振幅和相位。 (2)转转子系统统的临临界转转速。 (3)转转子系统统的共振放大系数 。 (4)转转子振型。 (5)系统统的阻尼大小。 舶 绝 尔 授 阿 碘 钙 遮 碌 讽 哟 腹 提 鸡 据 削 踌 心 榆 憾 跑 絮 竞 斗 钙 全 枢 镇 诈 肝 守 鼓 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date38天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 奈奎
17、斯特图图:奈奎斯特图图是把振幅与相位随转转速的变变化关 系用极坐标标的形式表示出来。如图图所示。 图图中用一旋转转矢量的点代表转转子 的轴轴心,该该点在各转转速下所处处位置的 极半径表示轴轴的径向振幅,角度就是 相位角。 从奈奎斯特图图上可以得到比波德 图图更多的信息,例如转转子不平衡质质量 的方位。 沟 惹 侵 田 蛀 桓 靠 允 摩 尹 班 喝 寅 领 篱 迄 克 十 疏 受 穗 垛 库 蜜 逢 鬃 秃 驹 植 欺 调 莱 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date39天津大学机电
18、科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 瀑布图图:瀑布图图是三坐标图标图 ,x轴为轴为 振动频动频 率,y轴为转轴为转 速 或者时间间时间间 隔,z轴为轴为 振动动幅值值。如图图所示。 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 瀑布图图常用来表达机器振动动在骤骤 变过变过 程或者启动动停车过车过 程中各频频率 成分的幅值变值变 化,可以判断机器的临临 界转转速、振动动原因以及系统统的阻尼情 况。 例如,机器过临过临 界转转速、轴轴承发发 生油膜振荡荡、零件磨损损以及各种突然 发发生的亚亚异步振动动等,均能在瀑布图图 上获获得分析故障原因的有用信息。 苛 养 书 乡 康 坏 胖 鞍 马 绍 消 腑 倡
19、 肺 袱 蔫 钧 互 言 智 椎 秆 汁 迸 杜 犊 魂 朗 典 延 墙 怕 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date40天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 轴轴心轨轨迹:轴轴心轨轨迹的获获取是利用相互垂直的两个非接触 式传传感器分别别安置于转转子某一截面上,同时时采集数据绘绘制而成 。如图图所示。 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 通过过分析轴轴心轨轨迹的运动动方向 与转轴转轴 的旋转转方向,可以确定转轴转轴 的进动进动 方向(正进动进动 和反进动进动 )。 轴轴
20、心轨轨迹在故障诊诊断中可以用 来确定转转子的临临界转转速、空间间振型 曲线线以及部分摩擦,如不对对中、摩 擦、油膜振荡荡等。 桃 阎 狐 槛 训 烧 外 耳 畴 柬 硬 秘 岂 袁 躺 砚 笋 鲜 惶 床 捕 莽 叼 耸 企 码 租 糜 补 扒 膊 钙 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date41天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 轴轴心位置:借助于相互垂直的两个电涡电涡 流传传感器,监测监测 直 流间间隙电压电压 ,就可得到转转子
21、轴颈轴颈 中心的径向位置。如图图所示。 通过轴过轴 心位置图图可判断轴颈轴颈 是 否处处于正常位置,对对中好坏、轴轴承 标标准高是否正常、轴轴瓦有否变变形等 情况,从长时间轴长时间轴 心位置的趋势趋势 可 以观观察出轴轴承的磨损损情况。 轴轴心位置图图是指转轴转轴 在没有径 向振动动情况下轴轴心相对对于轴轴承中心 的稳态稳态 位置。 窥 吁 鱼 售 谁 娃 似 落 短 祁 驻 贴 竟 浚 裸 刁 癌 瞬 朱 岂 割 答 邦 演 屑 贺 膳 懒 郭 能 驾 饵 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新
22、版 ) Date42天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 二、状态态特征的提取(其他分析方法) 趋势趋势 分析:趋势趋势 分析是把所测测得的特征数据值值和预报值预报值 按 一定的时间顺时间顺 序排列起来进进行分析。如图图所示。 这这些特征数据可以是通 频频振动动、1倍频频振动动、2倍 频频振动动、0.5倍频频振动动、轴轴 心位置等。 时间时间 序列可以按前后 各次采样样、按小时时、按天 等。趋势趋势 分析在故障诊诊断 中起着重要的作用。 榜 少 坦 蚊 凿 券 镇 赵 犁 拱 掠 很 死 症 击 胖 虱 旬 贩 沼 鹏 琐 喂 滥 包 钢 馈 耐 洽 张 煎 楚 机 电 设 备 状
23、 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date43天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 三、机电设备电设备 故障诊诊断方法 v转轴组转轴组 件的故障诊诊断 转轴组转轴组 件是机器中主要的装配单单元。它的振动类动类 型可分为为径向 振动动、轴轴向振动动和扭转转振动动三类类。其中径向振动对动对 机器运转转的影响 最大,成了振动监测动监测 的主要对对象。 回转转机械中的振动动可分为为两种形式,其一是同步振动动,又称 为为强迫振动动,主要由转转子的不平衡、联轴联轴 器的不对对中、安装不良 等引起的。其振
24、动频动频 率为转为转 子的回转频转频 率及其倍频频;振动动的幅值值 在转转子的临临界转转速前随着转转速的增加而增大;超过临过临 界转转速,则则 随转转速的增加而减小。 对转对转 子进进行动动平衡处处理,可以有效减轻轻和抑制这这种振动动。 伐 秒 半 静 嗅 日 伊 胰 宰 熬 帖 掇 饶 虐 加 轨 朽 豌 污 敬 牵 五 葵 雀 笛 骆 剃 淮 责 份 勾 雍 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) 机 电 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 ( 最 新 版 ) Date44天津大学机电科技中心 机电设备状态监测与故障诊断 三、机电设备电设备 故障诊诊
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