设备状态监测与故障诊断综述(共7页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上设备状态监测与故障诊断综述姓名：摘要 从设备管理的角度，介绍了典型的设备状态监测与故障诊断的诊断理论、技术手段和具体方法。首先对设备状态监测与故障诊断的意义、发展，基础理论和现状进行了介绍，阐述了设备状态监测、故障诊断与设备管理的关系。进而对振动监测、温度检测、无损检测等基本监测手段的原理及诊断方法。关键字：状态监测；故障诊断；振动；设备1 设备状态监测和故障诊断概述1.1 设备状态监测和故障诊断的意义和发展历史1.1.1设备故障及故障诊断的意义随着现代化工业的发展，设备能否安全可靠地以最佳状态运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障安全生产都具有十分重要的意义

2、。设备的故障就是指设备在规定时间内、规定条件下丧失规定功能的状况，通常这种故障是从某一零部件的失效引起的。设备的故障诊断则是发现并确定故障的部位和性质。寻找故障的起因，预报故障的趋势并提出相应的对策。1.1.2 设备故障诊断技术发展历史设备故障诊断技术的发展是与设备的维修方式紧密相连的。可以将故障诊断技术按测试手段分为六个阶段，即感官诊断、简易诊断、综合诊断、在线监测、精密诊断和远程监测。从时间考察，故障诊断技术大致可以分为20世纪60年代以前、60年代到80年代和80年代以后几个阶段。1.2 现代设备故障诊断技术在故障诊断学建立之前，传统的故障诊断方法主要是依靠经验的积累。将反映设备故障的特

3、殊信号，从信息论角度出发对其进行分析，是现代设备故障诊断技术的特点。可以分为统计诊断、逻辑诊断、模糊诊断。其中有几种方法做简单的介绍。贝叶斯法,此方法是基于概率统计的推理方法，以概率密度函数为基础，综合设备的故障信息来描述设备的运行状态，进行故障分析。此外还有最大似然法、时间序列、法灰色系统法和故障树分析法。故障树分析法模型是一个基于被诊断对象结构、功能特性的行为模型，是一种定性的因果模型。1.3 基于知识的故障诊断方法基于知识的故障诊断方法，不需要待测对象精确的数学模型，而且具有智能特性。目前，这种故障诊断方法主要有：专家系统故障诊断方法；模糊故障诊断方法，神经网络故障诊断方法，信息融合故障

4、诊断方法；基于Agent的故障诊断方法等。1.3.1专家系统故障诊断方法专家系统故障诊断方法，是指计算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种专家经验，进行一系列的推理，以便快速地找到最终故障或最有可能的故障，再由用户来证实。此种方法国内外已有不少应用实例。、1.3.2 模糊故障诊断方法 所谓“模糊”，是指一种边界不清楚，在质上没有确切的含义，在量上又没有明确的界限的概念，磨损状态的转变，正是典型的、带有明显中介过渡性的模糊现象。对于这种事物是不能用经典数学的二值逻辑方法的，即以0，1区间的逻辑代替传统的二值0,1逻辑，而且要用能综合事物内涵与外延性态的合理数学模型隶属度函数，来定量处理模糊现

5、象。典型的模糊故障诊断方法是向量的识别法。1.3.3人工神经网络故障诊断方法 人工神经网络源于1943年，是模仿人的大脑神经元结构特性建立起来的一种非线性动力学网络系统，它由大量的简单的非线性处理单元高度并联、互联而成。由于故障诊断的核心技术是故障模式识别，而人工神经网络本身具有信息处理的特点，如并行性、自学习、自组织性、联想记忆功能等，所以能够解决传统模式识别方法不能解决的问题。2 设备状态监测与故障诊断技术2.1 简易振动诊断技术 在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，振动监测及诊断技术是普遍采用的基本方法。在工业领域中，机械振动是普遍存在并作为衡量设备状态的重要指标之一。当机械内部发生异

6、常时，随之会出现振动加大。2.1.1.机械振动的一般描述 机械振动，从物理意义上来说，是指物体在平衡位置附近来回往复的运动。机械振动表示机械系统运动的位移、速度、加速度量值的大小随时间在其平均值上下交替重复变化的过程。各种机械设备在运行中，都不同程度地存在振动，这是机械运行的共性。按振动规律分类，可将机械振动分为确定性振动、瞬态振动和随机振动。按产生振动的原因分类，可以分为自由振动、受迫振动、自激振动。按振动频率分类，可以分为低频振动、中频振动和高频振动。2.1.2 简易振动诊断的常用仪器设备 振动监测及故障诊断所用的典型仪器设备包括测振传感器、信号调理器、信号记录仪、信号分析与处理设备等。传

7、感器将机械振动量转换为适于电测的电参量，经信号调理器进行放大、滤波、阻抗变换后，可用信号记录仪将所测振动信号记录、存储下来，也可直接输入到信号分析与处理设备，对振动信号进行各种分析、处理、取得所要的数据。随着计算机技术的发展，信号分析与处理己逐渐由以计算机为核心的监视、分析系统来完成。2.1.3简易振动监测参数的测量 通常用于描述机械振动响应的三个参数是位移、速度、加速度。从测量的灵敏度和动态范围考虑，高频时的振动强度由加速度值度量，中频时的振动强度由速度值度量，低频时的振动强度由位移值度量。从异类种类考虑，冲击是主要问题时测量加速度；振动能量和疲劳是主要问题时测量速度；振动的幅度和位移是主要

8、问题时应测量位移。实际测量中，可由所测得的振动频谱来决定应采用的最佳参数。对于大多数机器来说，最佳参数是速度，这是许多振动标准采用该参数的原因之一。首先确定测量轴振动还是轴承振动。一般来说，监测轴比测试轴承座或机壳的振动信息更为直接和有效。在出现故障时，转子上振动的变化比轴承座或机壳要敏感得多。其次是确定测点位置。一般情况下，测量点选择的总原则是：能对设备振动状态作出全面的描述；应是设备振动的敏感点；应是离机械设备核心部位最近的关键点；应是容易产生劣化现象的易损点。并且要进行定期检测，在早期发现故障，以免故障迅速发展到严重的程度，检测的周期应尽可能短一些；但如果检测周期定得过短，则在经济上可能

9、是不合理的。因此，应综合考虑技术上的需要和经济上的合理性来确定合理的检测周期。2.2 精密振动诊断技术 精密诊断技术是使用精密的仪器和方法，对简易诊断难以确诊的设备做出详细评价的技术。近年开发的计算机辅助设备诊断系统和人工智能与诊断专家系统等，也都属于精密诊断技术范畴，一般多用于关键机组和诊断比较复杂的故障原因。精密诊断除用于设备的开发研制过程外，更多用于使用维修阶段。2.2.1 精密振动诊断的常用仪器设备 精密振动诊断所用的典型仪器设备包括测振传感器、信号传感器、信号记录仪、信号分析与处理设备等几大部分。信号分析仪种类很多，一般由信号放大、滤波、A/D转换、显示、存储、分析等部分组成，有的还

10、配有软盘驱动器，可以与计算机进行通信。离线监测与巡检系统一般由传感器、采集器、监测诊断软件和微机组成，有时也称为设备预测维修系统。2.2.2 机械振动信号的分析方法 信息中包含对诊断有用的信息，但是也存在一些无用的东西，为了提取有用信息，我们必须对信号进行处理。任何信号都不可能是纯正的，去伪求真处理的最终目的，就是要提取与状态有关的特征参数。任何信息的采集都是以信号的形势存在，如果没有信号的分析处理，就不可能得到正确的诊断结果，因此信号处理广泛地应用于各种各样的领域，信号处理是设备诊断中不可缺少的重要手段。机械故障诊断与监测所需的各种机械物理量一般用相应的传感器转换为电信号在进行深处理。幅域分

11、析尽管也是用样本时间的波形来计算，但它不关心数据产生的先后顺序，将数据次序任意排序，所得结果一样。对于机械故障的诊断而言，时域分析所能提供的信息量是非常有限的。时域分析往往只能粗略地回答机械设备是否有故障，有时也能得到故障严重程度的信息，但不能提供故障发生部位等信息。2.3 温度监测诊断技术 温度是工业生产中的重要工艺参数，为保证生产工艺在规定的温度条件下完成，需要对温度进行监测和调节；另一方面，温度也是表征设备运行状态的一个重要指标，设备出现机械、电气故障的一个明显特征就是温度的升高，同时温度的异常变化又是引发设备故障的一个重要因素。2.3.1接触式温度测量 在日常生活和生产中，测量温度的方

12、式大量的是“接触式测量”，即必须把温度计和被测物的表面很好地接触，方可得出正确的的结果，顾称为接触式温度。常用于设备诊断的接触式温度监测仪器有热膨胀式温度计，电阻式温度计热电偶温度计。2.3.2非接触式温度测量 接触式测温由于沿着测温元件有热量导出而破坏被测物的温度场，从而造成误差；测量时还需要有一个同温过程。随着生产和科学技术的发展，对温度监测提出了越来越高的要求，接触式测温方法已远不能满足许多场合的测温要求。 近年来非接触式测温获得迅速发展，除了敏感元件技术的发展外，还由于它不会破坏被测物的温度场，适用范围也大大拓宽许多接触式测温无法测量的场合和物体，采用非接触式测温，得到很好的解决。2.

13、4 无损检测 无损检测以不改变被检测对象的状态和使用性能为前提，应用物理和化学理论，对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性及力学、物理性能等，是一门新兴的综合性应用科学。无损检测主要包括三个内容：无损探伤、测试和监控。目前，无损检测技术已在机械制造、冶金、石油化工、航空航天、核能电力、交通等行业获得广泛应用，成为控制产品质量、保证设备安全运行的重要技术手段。2.4.1 渗透检测 渗透检测是用黄绿色的荧光渗透液或者红色的着色渗透液来显示放大了的缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼检查出试件表面的开口缺陷的一种检测方法。根据不同色调的渗透液和不同的清洗

14、方式，渗透检测方法可以分为荧光和着色渗透检测法、水洗型、后乳化型和溶剂去除型渗透检测法和湿式、快干式、干式和无显像渗透检测法。渗透检测装置有便携式装置和内压式喷罐。 渗透检测的基本操作程序包括试件表面的预处理、渗透剂的施加和滴落、渗透剂的去除及干燥、显像剂等环节。2.4.2声发射检测 当材料受力作用产生变形或断裂时，或者构件在受力状态下使用时，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。声发射的频率范围从次声波、声频到超声频，幅度从微观位错运动到宏观断裂。3 结论 机械设备状态将直接关系到生产质量、生产效益和生产安全。为此，一是要采用先进的设备维护管理方式，对设备实行“健康”状况连续监测，二是要

15、针对设备转速低、负载重、冲击大、移动频繁，工作环境恶劣等特点，开发具有针对性的监控技术，三是要建立起新的设备维修与维护管理体系，实行状态监测、点检维护、故障诊断、预测维修等系列内容，从根本上解决现有设备管理中存在的问题，延长设备的使用寿命，做到科学管理、合理使用、预知检修和安全运转。 参考文献1 廖伯琦.机械故障诊断基础M. 北京：冶金工业出版社，2002.2 陈大禧, 朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术M. 北京:机械工业出版社,2002.3 杨志伊.工业设备管理中的油液分析与状态监测M. 北京:煤炭工业出版社,2002.4 戴绍诚, 等. 高产高效综合机械化采煤技术装备M. 北京: 煤炭工业出版社, 1998.5沈复，李阳初石油加工单元过程原理(下册)M北京：中国石化出版社，2005：91-1476杨向平化工原理课程设计的几点教学体会J中国成人教育，2007，(2)：153-1547付家新浅谈化工仿真在化工原理教学中的应用J中国科技信息，2009，(5)：207-2148Aspen Technology IncAspen Plus User Guide Version 111EB/OL，20019刘雪暖，汤景凝化工原理课程设计M东营：石油大学出版社，2001：52-9110梁文懂，童仕唐，毛磊化工原理课程设计教学的改革设想与实践J1999，(3)：98-99专心-专注-专业