过程装备 故障诊断 绪论ppt课件.ppt

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1、过程装备监控及诊断技术,2022/11/25,2,画一条线值多少钱？,2022/11/25,3,一条线的价值,福特公司在检查设备时，曾发现一台大型电机运转时有异响，但毛病在哪却无法“确诊”，于是请来了斯坦门茨，斯坦门茨仔细地听了听，敲了敲，然后在电机外壳上画了条线，等到技工打开电机，才果然发现毛病在那里。事后，福特公司爽然支付了1万美元。什么？就这么听听敲敲就值1个万？一时间人们议论纷纷，斯坦门茨会意，便在领款单的背面写道：“画一条线值1美元，知道在哪里画值9999美元。”,2022/11/25,4,教材和参考书,教材选用设备故障诊断 沈庆根 郑水英 化学工业出版社，2013教学参考书设备状态

2、监测与故障诊断技术 林英志 北京大学出版社，2011设备状态监测与故障诊断张碧波 化学工业出版社，2011 故障诊断与预测 吕琛 北京航空航天大学出版社，2012,2022/11/25,5,基本内容及课时分配,2022/11/25,6,授课方式,考核,平时表现和作业 40%闭卷考试 60%,多媒体+板书,2022/11/25,7,第一章 概述,2022/11/25,8,本节内容,基本概念故障监测与诊断的目的和意义维修方式,2022/11/25,9,故障：设备在运行过程中，丧失或降低其规定的功能及不能继续运行的现象。 （规定功能是指在设备的技术文件中明确规定的功能）,故障的定义,2022/11/

3、25,10,故障的定义,两层含义 1、系统偏离正常功能，它的形成原因主要是因为设备系统的工作条件（含零部件）不正常而产生的，通过参数调节或零部件修复又可以恢复到正常功能。 2、功能失效，是指系统连续偏离正常功能，且其程度不断加剧，使设备基本功能不能保证。一般零件失效可以更换，关键零件失效，往往导致整机功能丧失,2022/11/25,11,故障的定义,举例：离心机故障主电源指示灯不亮-检查指示灯保险丝及室内配电板保险丝是否熔断。 轴承损坏或转动受阻 -电机达不到额定转速，应及时清洗或更换轴承。,2022/11/25,12,故障的定义,搅拌机齿轮失效,2022/11/25,13,设备故障诊断,设备

4、故障诊断： 设备运行中或在基本不拆卸设备的情况下，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，从而找出对策的一门技术。,2022/11/25,14,状态监测与故障诊断,过程设备状态监测与故障诊断是识别过程设备运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究设备运行状态的变化在诊断信息中的反映通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理分析和特征提取，从而定量诊断(识别)过程设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术主要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面,2022/11/25,1

5、5,定义 监测与诊断的关系,过程设备状态监测与故障诊断既有区别、又有联系，同一学科的两个层次：简易/精密状态监测(简易诊断): 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)来检查设备状态，并根据特征参数值与门限值之间的关系来决定设备的状态。故障诊断(精密诊断):不仅要掌握设备的状态正常与否，同时还需要对产生故障的原因、部件（位置）以及故障的严重程度进行深入的分析和判断。,2022/11/25,16,本节内容,基本概念故障监测与诊断的目的和意义维修方式,2022/11/25,17,故障诊断的目的,目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行主要目的：确保可靠性、安全性和有效性保证设

6、备发挥最大设计能力为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息,2022/11/25,18,现代工业生产对设备的要求:可靠性可用性经济性安全性维修性进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色,故障诊断的目的,2022/11/25,19,我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术,故障诊断的目的,2022/11/25,20,故障诊断的任务,状态监测：了解和掌握设备的运行状态。包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，考虑环境因素，对运行状态作出评估，并为进

7、一步分析提供信息故障诊断：根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果,2022/11/25,21,故障诊断的任务,指导设备管理和维修：根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据。,2022/11/25,22,开展故障诊断工作的意义,有利于提高设备管理水平“ 管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展设备状态监测与故障诊断是提高设备管

8、理水平的一个重要组成部分,2022/11/25,23,开展故障诊断工作的意义,避免重大事故发生，减少事故危害性现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故发展设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽,2022/11/25,24,开展故障诊断工作的意义,可以获得潜在的巨大经济和社会效益生产设备停机、停工带来的单位损失越来越大最大限度降低设备寿命周期费用，最大限度提高以生产经济性为目标的管理寿命

9、周期费用(LCC) 研制费用生产费用使用、维修费用 购置费用使用、维修费推行设备诊断技术和现代维修技术，有助于减少使用、维修费用，从而从整体上降低设备的寿命周期费用,2022/11/25,25,开展故障诊断工作的意义 举例,我国因设备事故造成的损失十分严重1985年10月29日山西大同第二电厂20万千瓦2号机组因超速诱发轴系强烈振动，轴系断裂为五段，机组严重损坏，直接经济损失达1400万元；1988年2月12日陕西秦岭电厂20万千瓦5号机组轴系发生突发性强烈振动，轴系断裂为十三段，机组严重损毁，直接经济损失达3000万元；对石化引进30万吨合成氨和40万吨尿素化肥厂中的五大透平压缩机组的初步调

10、查结果表明，仅1977年和1978年的两年的不完全统计，机械事故就高达一百多次，遭受经济损失约有几个亿,2022/11/25,26,开展故障诊断工作的意义 举例,宏观上实施故障诊断能带来经济效益1980年度美国用于设备维修的费用为2460亿美元，其中有将近1/3 (约750亿美元)属于维修方法采用不当(包括缺乏正确的状态监测和故障诊断技术)而浪费掉的。我国1987年国营工业和交通企业有40万个以上，总固定资产约为7000亿元，每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的35%。因此，采用状态监测和故障诊断技术改善设备维修方式和方法后，一年就有可能取得数百亿元的经济效益,2022/

11、11/25,27,开展故障诊断工作的意义 举例,对生产单位有很高的收益/投资比日本资料报道，实施故障诊断后，事故率减少75%，维修费用降低25-50%英国2000家大型工厂采用诊断技术后每年节省维修费用达3亿英镑，而每年用于投资故障诊断系统和技术手段的费用为0.5亿英镑，从而净获益达2.5亿英镑/年美国pekrul发电厂实施故障诊断技术后的经济效益达到其本身投入的36倍,2022/11/25,28,美国Pekrul电厂故障诊断效益分析,2022/11/25,29,发展方向,设备状态监测与故障诊断是一门正在不断完善和发展的交叉型学科是一项与现代化工业大生产紧密相关的技术是最近研究热点之一故障诊断

12、学科需解决的重要问题故障特征信息提取和故障分类、识别的新理论及新方法研究复杂故障产生机理及模型的深入研究故障诊断智能系统研究，包括诊断专家系统和网络化远程诊断系统。,2022/11/25,30,本节内容,基本概念故障检测与诊断的目的和意义维修方式,2022/11/25,31,三、状态监测维修制度 （预测维修制度）,事后维修,经历阶段,定期维修,状态监测维修,2022/11/25,32,维修方式,维修方式归纳起来有三大类：事后维修定期维修预防维修(PM)视情维修(COM)、状态维修(CBM),2022/11/25,33,事后维修定义：设备运转至损坏再维修针对生产及设备：工艺过程重复，有备用机组，

13、生产损失并不明显。适应小型、简单、低速等设备不足：对于现代化生产中使用的大型、复杂、高速、连续等设备，采用事后维修可能造成巨大经济损失、人员伤亡及严重的社会问题,维修方式,2022/11/25,34,定期维修：（预修）定义：按照固定的周期进行检修,定期维修周期的确定,维修方式,2022/11/25,35,非计划停产损失较大，由于人为规定检修周期缺乏科学性，可能造成过剩维修，也可能造成维修不足，且有时反而加速某些设备损坏（人为故障）应用：以时间为基础的预防性维修是不经济的，不能有效应用。需要更合理的方法解决,定期维修：（预修）特点：,维修方式,2022/11/25,36,状态监测维修（预测性）

14、将定期检修变成为定期测量设备的运行状态 维修原则：测量表明检修是必要的时候才进行检修。检查程序和典型应用场合,维修方式,2022/11/25,37,维修方式,2022/11/25,38,优点：1）能正确监测设备2）不搞定期维修，减少材料消耗和工作量，也可避免因修理出现的人为故障3）增加了设备的安全性4）定期测量出的结果可确定哪些机器需要修理、应什么时间修理、修理什么部位等。,维修方式,2022/11/25,39,总结：状态监测维修方式的经济性是值得重视的。目前我国正大力推广现代设备诊断技术，明确发展以状态监测为基础的预防维修体制。,维修方式,2022/11/25,40,小结,设备诊断技术、修复

15、技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术。设备故障诊断的定义 设备运行中或在基本不拆卸设备的情况下，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，从而找出对策的一门技术。 故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取最大的经济和社会效益。,2022/11/25,41,小结,任务：检测设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修。 未来发展方向：人工智能和网络化,2022/11/25,42,谢谢！,2022/11/25,43,上节回顾,设备故障诊断的定义 设备运行中或在基本不拆卸设备的情况下，通过各种手段，掌握

16、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，从而找出对策的一门技术。设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术。事后维修-定期维修-视情维修故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取最大的经济和社会效益。,2022/11/25,44,本节内容,设备与设备故障,故障诊断过程及方法,故障的评定标准,2022/11/25,45,设备与设备故障,故障原因及机理 故障原因：指引起故障的故障机理 故障机理：在应力和时间等条件下，导致发生故障的物理、化学、生物或机械过程，成为故障机理。,故障机理多样,举例：裂纹、磨损、腐蚀、变形等,2022/11/25,4

17、6,设备与设备故障,故障类型和模式 种类繁多、表现形式多样,按故障性质分,故障与时间的关系和有无发展过程,按照故障的严重程度,按照故障原因分,故障类型,2022/11/25,47,故障类型和模式,按故障性质分：暂时性故障 永久性故障,暂时性的功能性故障,零部件损坏引起,设备与设备故障,2022/11/25,48,故障类型和模式,故障与时间的关系和有无发展过程 ： 突发性故障和渐发性故障,出现故障前无明显征兆，带有破坏性,因疲劳，腐蚀，磨损，裂纹等使其性能逐渐降低,设备与设备故障,2022/11/25,49,设备与设备故障,故障类型和模式,按照故障的严重程度 ：破坏性故障和非破坏性故障,突发的、

18、永久的、损失严重,逐渐的、局部的,按照故障原因分：外因故障和内因故障,按故障发生的时期：早期、中期、晚期,按故障的相关性进行分类：相关故障、非相关故障,2022/11/25,50,设备与设备故障,设备故障的特性,多样性、层次性、多因素和相关性、延时性、不确定性,多样性：设备类型不同、结构不同、参数不同，安装过程的差异、使用环境不同，可能会产生各种各样的故障。,层次性：复杂的设备，其结构可以划分成系统、子系统、部件、元件等个层次，其功能也可划分成若干层次，因此设备一旦表现出某种故障或称征兆，就需要一层一层的追查故障的根源。,2022/11/25,51,设备与设备故障,设备故障的特性,多样性、层次

19、性、多因素和相关性、延时性、不确定性,多因素和相关性：某一故障对应若干个故障现象、或称征兆，而某一征兆又对应若干故障，故障和征兆之间存在错综复杂的关系。,延时性：故障的发展和产生，一般都有一定的时间过程。,2022/11/25,52,设备与设备故障,设备故障的特性,多样性、层次性、多因素和相关性、延时性、不确定性,不确定性：故障表象和故障成因的随机性、模糊性，及某些复杂机械故障形成的机理还不明确。,2022/11/25,53,离心机常见故障,2022/11/25,54,离心机常见故障,2022/11/25,55,本节内容,设备与设备故障,故障诊断过程及方法,故障的评定标准,2022/11/25

20、,56,故障诊断过程及方法,故障诊断过程,信号采集-信号处理-故障诊断-故障防治与控制,信号采集：利用各种传感器，采集到能反应设备故障性能的参数。凡是能够反应监测设备状态的变化，反应设备的故障性质、程度、部位的任何参数，都可以作为信号采集的对象。,2022/11/25,57,故障诊断过程及方法,故障诊断过程,信号采集-信号处理-故障诊断-故障防治与控制,信号处理：利用各种分析仪器、分析手段、方法对采集的信息进行加工和处理，从而在采集到的大量数据中提取出故障性质、类型、故障程度的特征信息。,故障诊断：依赖人的知识和经验或诊断技术中的数学、物理方法，分析、诊断故障产生的原因，确定故障类型和发生部位

21、。,2022/11/25,58,故障诊断过程及方法,故障诊断过程,信号采集-信号处理-故障诊断-故障防治与控制,防治与控制：对已经确定的故障提出控制方案或预防、治理措施。,2022/11/25,59,故障诊断过程及方法,故障诊断过程,2022/11/25,60,故障诊断过程及方法,故障信息的识别方法,直接观测法（感性认识）和量化管理,直接观测法:主要靠人的经验和感官来感受、获取设备的状态信息,使用一些辅助的工具和仪器。,量化管理法:信息比较识别法、参数变化识别法、模拟实验法、函数识别法 、智能识别法等,2022/11/25,61,故障诊断过程及方法,故障信息的识别方法,信息比较管理法：把可能包

22、含故障信息的参数进行 采集和存储，机器一旦故障，就把当前的数据和历史数据进行比较，以判别故障的原因。,2022/11/25,62,故障诊断过程及方法,故障信息的识别方法,参数变化识别法：根据设备运行的各种参数来获取故障信息的方法,模拟实验法 ：由于征兆与故障原因之间的关系式未知或者是不确定性造成的,小型球磨机,2022/11/25,63,故障诊断过程及方法,故障信息的识别方法,函数识别法：故障征兆和故障原因之间存在一定的直接或间接的函数关系，经过对设备运行参数的计算，可以预测故障。,智能识别法 ：故障树分析诊断法和模糊诊断法、神经网络诊断等等。,2022/11/25,64,故障诊断过程及方法,

23、故障诊断方法,包括：传统的故障诊断方法、故障的智能诊断方法,2022/11/25,65,故障诊断过程及方法,故障诊断方法,传统故障诊断方法：利用各种物理和化学的手段，检测伴随故障出现的物理化学现象，然后检测数据，结合出现的现象进行诊断。,智能故障诊断方法：在传统诊断方法的基础上，随着计算机技术的发展，人工智能的理论和方法开始用于故障诊断，是目前广泛采用的故障诊断方法。,2022/11/25,66,故障诊断类型,诊断对象、诊断参数 、按诊断目的和要求分类,按诊断对象分类 ：旋转机械诊断 -燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机 往复机械诊断-内燃机、往复式压缩机 泵

24、 工程结构诊断技术-齿轮、轴承等 运载器和装置诊断技术-机、火箭、航天器,故障诊断过程及方法,2022/11/25,67,故障诊断类型,诊断对象、诊断参数 、按诊断目的和要求分类,按诊断参数分类 ：振动诊断 - 适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等 温度诊断 -工业炉窑、热力机械、电机、电器等 声学诊断 -压力容器、往复机械、轴承和齿轮光学诊断 -医学X光、光学探伤等 油液分析、污染诊断压力诊断-强度、表面形貌、工况参数、电参数,故障诊断过程及方法,2022/11/25,68,故障诊断类型,诊断对象、诊断参数 、按诊断目的和要求分类,按诊断目的和要求分类：功能诊断与运行诊断 定期诊断和连续诊

25、断直接诊断和简介诊断 在线诊断和离线诊断,故障诊断过程及方法,2022/11/25,69,本节内容,设备与设备故障,故障诊断过程及方法,故障的评定标准,2022/11/25,70,绝对判断标准、相对判断标准、类比判断标准,故障的评定标准,由某些权威机构颁布实施,绝对判断标准,ISO 2372 机器振动的评价标准基础ISO 3945 振动烈度的现场测定与评定CDA/MS/NVSH 107 轴承振动测量的判据VDI 2056 震动烈度判据（德国标准等）,2022/11/25,71,ISO 2372和ISO 3945机械振动诊断标准,绝对判断标准,2022/11/25,72,故障的评定标准,相对判断

26、标准,相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。,例如：平均值法（1）,Vt=K*Vm,报警限,报警因子（3-10）,设备运行良好时进行N次测量（记为VN）,2022/11/25,73,平均值法（2）,Vt=Vm +K*Vs,报警限,报警因子2-5,故障的评定标准,相对判断标准,2022/11/25,74,故障的评定标准,类比判断标准,类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相互对比，来判定设备状态的方法。,1）在低频段(1000Hz)测量，其振动值大于其它大多数设备振动值的l倍以上时，判为异常；在高频段(1000 Hz)实测振动值大于正常值的2倍以上时，判为异常。2）在低频段测量，若其振动值大于其他设备的2倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备4倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。,2022/11/25,75,谢谢！,