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机械设备状态监测与故障诊断

作者:   发布日期:2016-2-25   点击数:3392

    机械设备状态监测与故障诊断是同一学科的两个不同层次, 它们既有联系又 有区别,为了方便起见统称为机械设备故障诊断。

  机械设备故障诊断是识别机械设备(机器或机组)运行状态的一门综合应用科学和技术,它主要研究机械设备 运行状态的变化在诊断信息中的反映。具体来说,就是通过测取设备运行的状态 信号,并结合其历史状况对所测取的信号进行处理、分析、提取特征,从而定量诊断(识别)机械设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障) ,再进一步 预测设备未来的运行状态, 最终确定需要采取何种必要的措施来保证机械设备取 得最优的运行效果。

  主要内容包括对机械设备运行状态的监测、诊断(识别)和预测三个方面。 其中,状态监测也被称为简易诊断,一般是通过测定设备的某些较为单一的特征 参数(如:振动、温度、压力等)来检查设备运行状态,再根据特征参数值与门 限值之间的关系来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态。如果对设备进行定期或连续的状态监测,就可以获得设备运行状态变化的趋势和规律,据此就 可以预报设备的未来运行发展趋势,也就是人们常说的趋势分析。诊断(识别)则不仅要掌握设备的运行状态和发展趋势,更重要的是查找产 生故障的原因,识别、判断故障的严重程度,为科学检修指明方向。

  这就是人们常说的精密诊断,设备状态监测与设备故障诊断可以从以下两个方面来理解。

  一、设备状态监测与故障诊断的基本环节

  基本环节可分为状态监测、分析诊断和治理预防。

  转轴、轴承、齿轮是组成设备传动链的三大组件,用振动法进行状态监测和故障诊断时,可用电涡流位移传感器在尽量靠近轴承的平面内相互垂直的两个方向上,测量转轴的径向振动,在靠近转轴端面处测量其轴向位移;也可用加速度传感器或速度传感器在轴承座底部或侧面测量机壳(轴承座)的水平、垂直和轴向振动。通过对特征信号的监测、采集、记录、分析处理及数据或图谱显示,对照判断标准和参考图谱,对机械设备进行状态识别,并作出诊断结论。根据该结论选择巡回检测、监护运行或停机检修,对已确诊原因、部位和危险程度的设备故障,可采取调整、检修、更换等措施,防止类似故障再发生。

  二、监测与诊断的方法技巧

  1.概念清晰

  异常振动往往标志着故障,欲根据提取的振动信号特征识别故障,就必须紧紧围绕时间、频率(转速)、周期、相位、振幅(能量)等参量进行分析。

  工程上遇到的多为动态信号,其幅值随时间变化。动态信号又可分为确定性的周期信号(简谐信号、复杂周期信号)和非周期信号(准周期信号、瞬变信号)、非确定性的平稳随机信号(各态历经信号、非各态历经信号)和非平稳随机信号,这些信号与振动一一对应,并与故障关系密切。

  振动有四种分类方法。一是按振动实质的动力学分类法,可分为强迫振动、瞬态振动、自激振动、参变振动;二是粗略估计故障部位的按振动频率高低分类法;三是根据信号特点区分出各种振动特征,并能对谱图特点作出理论说明的分类法;四是振动系统的特征(线性振动、非线性振动)分类法。

  例如,转子不平衡和不对中故障产生简谐振动,这种在离心力作用下的振动属于强迫振动;当齿轮箱或机组同时存在几个转子不平衡或不对中故障时,产生复杂周期振动;滚动轴承元件损伤故障被激发导致的衰减振动,属于准周期振动;齿轮断齿、转子摩擦等故障则产生撞击的瞬态振动。

  2.思路明确

  (1)了解测试对象的原理,结构及运行状况。监测诊断前,应确认被测对象是旋转机械还是往复机械,是滑动轴承还是滚动轴承,机组传动链构成,以及是否存在外来激励;了解被测对象的运行状况及其故障历史,估计可能出现的故障及其部位,哪些参数变化最为敏感。

  (2)估计被测对象的振动类型、振级和可能产生的最低、最高频率,计算故障频率,确定分析频带;根据机组结构和环境条件,选定传感器及仪器或监测诊断系统。例如滑动轴承可采用非接触式电涡流位移传感器,滚动轴承则采用速度或加速度传感器。

  (3)选用适宜的监测诊断参数。位移d对低频信号(100Hz以下)非常敏感,反映了质点工作位置的变化程度,可监测位能对设备的破坏;速度V对中频信号(1kHz以下)非常敏感,反映了质点运动的快慢,可监测动能对设备的破坏;加速度a对高频信号(I kHz以上)非常敏感,反映了质点受力变化,可监测冲击力对设备的影响。虽然数学上三个量可以相互转换,实际测试中则应依据各自适宜的频率合理选用。

  (4)绘制机组测点示意图、测试报告表。

  (5)检查测试系统,确定传感器安装位置。

  (6)对实测的振动特征数据和图谱,用判断标准或参考图谱反复对比、分析,从振动机理上逐项排除与故障无关的因素后,结合现场感官诊断经验作出诊断结论。

  (7)采用对应的治理预防措施,以消除隐患或故障。

  3、方法得当

  如果有仅能显示振动幅值(或能量)大小的简易诊断仪器,应根据传感器的频响范围选择最优的安装方式,选好测点并做标记。要辨知仪器上显示振动幅值大小是哪种参数(加速度、速度、位移),有无分档量程(低通、高通、带通)及其用途,能否显示有量纲(或无量纲)的诊断参数值或分贝值等。

  利用这类仪器,可选用振幅值(有效值Xrms峰值Xr、均值万)、趋势图、波形因数(峰值Xp,均值X)、波峰因数(峰值Xp、有效值 )、无量纲参数、冲击脉冲等诊断法,对机组作出定性的简易诊断。