状态监测与故障诊断技术.pptx

第一章绪论设备故障是指“设备功能失常”，也就是设备不能达到预期的工作状态，无法满足应有的性能、功能。产生故障的原因通常是设备的构造处于不正常状态（劣化状态）。判断故障的准则是：在给定的工作状态下，设备的功能与约束条件不能满足正常运行或原设计期望的要求。故障诊断技术是一门集数理统计、力学、计算机工程、信号处理、模式识别、人工智能等多学科于一体的、生命力旺盛的新兴学科。它是一种了解和掌握设备在使用过程中的工作状态，确定其整体或者局部是否正常，及时发现故障及其原因，预报故障发展趋势的技术。故障诊断的目的是保证可靠地、高效地发挥设备的应有功能，其最根本的任务是通过监测设备的信息来识别设备的工作状态。（1）故障的危害程度增大。一旦某一部件发生故障，就可能引起“链式反应”，导致整个生产系统不能正常运行，从而造成巨大的经济损失，严重的设备故障还会造成灾难性的事故和人员伤亡，产生不良的社会影响。例如，20世纪80年代，对全国14个省45个矿务局112个矿井抽样调查，因矿井提升机发生故障引起停工停产，甚至造成人员伤亡的事故，共有126例，伤亡272人，经济损失达七千万元。（2）设备的成本和维修费用激剧增加。美、日两国企业生产设备的年平均维修费用分别占企业固定资产的4%～8.5%和2.6%～12%，而我国的这个比例为12%～25%。故障诊断技术的重要意义表现在以下三个方面：（1）从安全生产角度考虑，运用故障诊断技术可以快速、准确、及时地诊断是否出现故障，以及故障的类型、原因和部位，还能够发现设备的潜在危险，保证设备安全运行。（实例：赵固二矿风机）（2）从经济效益和社会效益角度考虑，尽管设备的故障诊断系统需要一定的初始投资，但是对于大型设备来说，投资与一次设备故障的损失相比要小得多。同时，故障诊断系统投入使用能够保证安全生产、提高生产效率和产品质量，从而降低生产成本和维修费用，给企业带来巨大的经济效益。例如，英国人1984年发表文章认为，对大型汽轮发电机组进行振动监视，获利与投资之比为17:1。（实例：梨园矿提升机）（3）从生产管理和维修管理角度考虑，运用故障诊断技术能积累原始资料、预测设备运行的趋势，为生产和维修决策提供强有力的支持。第一节故障诊断的基础知识（掌握）（4）设备状态监测与故障诊断的区别与联系。设备状态监测与故障诊断既有区别又有联系，在生产实际中，有时又将二者统称为设备故障诊断。实际上，没有监测就没有诊断，诊断是目的，监测是手段；监测是诊断的基础和前提，诊断是监测的最终结果。（5）故障诊断方法的分类诊断对象：旋转、往复、电气设备、机械零件、工程结构。诊断目的和要求：在线和离线、功能和运行、定期和连续、间接和直接、常规和特殊。诊断手段：振动、声学、温度、强度压力等。诊断的完善程度：简易、精密、系统综合。辨识故障模式：统计识别、函数识别、逻辑识别、模糊识别、灰色识别、神经网络。表1-1故障诊断方法分类诊断手段（信号物理特性）第二节故障诊断技术的发展与应用（掌握）在20世纪60年以后，故障诊断技术真正作为一门学科发展起来。美国自1961年开始执行阿波罗计划后，出现了一系列因设备故障而造成的事故，导致1967年在美国国家宇航局（NASA）倡导下，创立了美国机械故障预防小组（MEPG），从事故障诊断技术的研究；英国在20世纪60～70年代，以Collacott为首的英国机器保健和状态监测协会最先开始研究故障诊断技术；日本的新日铁自1971年开始研究故障诊断技术，1976年达到实用化程度。目前，美国的诊断技术在航空、航天、军事、核能等尖端部门处于世界领先地位；英国在摩擦磨损、汽车和飞机发电机监测和诊断方面处于领先地位；日本的诊断技术在钢铁、化工和铁路等部门处于领先地位。正是由于诊断技术能够产生的巨大经济效益，因此故障诊断技术得到了迅速的发展，各种监测和故障诊断的商业化产品不断推出，如日本三菱公司的“旋转机械健康管理系统”、美国西屋公司的“可移动诊断中心”、美国中心发电部的“透平监视设备”和“试验设备监测”、美国ScientificAtlanta公司的CHAMMP6000监测系统、美国Bently公司的7200、3300及3000系列和CSI公司的系列监测仪器等设备状态监测和故障诊断设备等。2.国内故障诊断发展概况我国在故障诊断技术方面起步较晚，1979年才初步接触设备诊断技术，目前诊断技术在化工、冶金、电力等行业应用较好。例如，哈尔滨工业大学研制的“微计算机机组状态监测及故障诊断系统MMD-III”，西安交通大学开发的“大型旋转机械设备监测及诊断系统”，东南大学研制的“MFD系列型高速离心压缩机组工况监测与故障诊断系统”，重庆大学汽车学院故障诊断研究室研制开发的“DAS动态信号分析及故障诊断系统”，东北大学设备诊断工程中心研制的“轧钢机状态监测诊