设备状态监测 与故障诊断2014级硕士研究生课程 李群明 liqm@,13308427794中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

参考教材 钟秉林,黄仁,机械故障诊断学(第3版),北京: 机械工业出版社,2007;(第1版,1997) 陈长征,胡立新等,设备振动分析与故障诊断 技术,科学出版社,2007 杨国安,机械设备故障诊断实用技术,中国石 化出版社,2007 屈梁生, 机械故障的全息诊断原理,科学出版 社, 2007 杨志伊,郑文,设备状态监测与故障诊断,中国 计划出版社, 2006 张来斌等,机械设备故障诊断技术及方法,石 油工业出版社, 2000中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

第 1章 绪 论§1-1 故障诊断的意义、内容、方法 §1-2 故障诊断技术的发展 §1-3 计算机辅助监视诊断系统 的主要环节及诊断策略 §1-4 故障诊断与 机械系统可靠性及 维修性的关系

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采用状态监测与故障诊断的目的：采用故障诊断技术，至少可以达到以下目的： ⑴ 保障生产、运行安全，防止突发事故；

⑵ 保证设备精度，提高产品质量；⑶ 实施状态维修，节约维修费用； ⑷ 避免设备事故造成的环境污染； ⑸ 提高企业的现代化生产管理水平，给企 业带来较大的经济效益和良好的社会效益。

状态监测与故障诊断技术应贯穿到机电设 备的设计、制造、使用和维修的全过程。中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

§1-1保障生产安全;

故障诊断的意义、内容、方法

1. 故障诊断的意义：改革设备维修制度; 提高生产率。

2.故障的含义： 设备在规定时间、规定条件下丧失规定功能的状况

机械系统偏离功能；功能失效。

3.状态监测：对设备的运动状况进行日常的、连续的、规范的工作状态的 检查和测量

4.故障诊断技术：是了解、掌握设备在使用中的状态，确定其整体或局部是否正 常，早期发现故障及其原因，并预报故障发展趋势的技术。机电工程学院 李群明

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5. 故障诊断基本内容：①设备运行状态的监测— 利用监测信息，判断是否正常？发现故障苗头； ②设备运行状态的趋势预报— 利用运行状态的发展趋势，预知设备的劣化速度， 为生产安排、维修计划做准备。 ③故障类型、程度、部位和原因的确定— 为诊断决策提供依据。

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6. 故障诊断方法：①按诊断环境分类：离线与在线诊断； ②按监测手段分类：振动监测诊断法、噪声监测诊断 法、温度监测诊断法、声发射监测诊断法、

压力监测 诊断法、油液监测诊断法、金相分析诊断法等； ③按诊断方法、原理分类：

频域诊断法、时域诊断法、统计分析法、信息理论分析法、模式识别法、人工神经网络、专家系统等等； ④按诊断对象分类： 军械装备，矿山机械、选矿机械、旋转机械等。中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

§1-2 故障诊断技术的发展

总体：①第二次世界大战中，认识到这种技术的重要性； ②第二次世界大战后，因对应技术未发展而发展 不快； ③60年代后，电子技术、计算机技术发展、1965 年FFT方法和对应的数字信号处理和分析技术的 发展为设备诊断技术奠定了技术基础。

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美国：1967年成立美国机械故障预防小组MFPG,在航空、航天、军事、核能等尖端部门目前处于领先地位。 英国：70年代初成立机器保健与状态监测协会，在摩擦、磨 损、汽车、飞机发动机监测与诊断具有领先地位。

欧洲一些国家：瑞典SPM公司--轴承监测技术，AGEMA公司--红外热像技术； 丹麦B&K公司--振动、噪声监测技术；挪威--舰船诊断技术。 日本：70年代起步，在民用工业(钢铁、化工、铁道等)有 优势。 中国：1979年第一次办学习班，80年代初开始，目前在石化、 冶金、电力等行业应用较好，在其它领域逐步展开。

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三种层次的监测方法：1. 以监测仪表为主体的监测装置：如Bently序列、Philips序列等，由

传感器和指示仪表构成，主要用于监测振动。缺点：幅值监测不能动态显示过程特征；强烈振动前，故障征兆不明显；仪表无分析功能，靠人 工经验判断。 2. 监测仪表配备软硬件装置：由传感器+频谱分析仪构成，具有频谱分

析、谱阵图、波特图、轴心轨迹图等功能。缺点：不能自动判断，诊断依赖于领域专家；不能预防突发性故障；大型设备结构复杂，故障与征 兆无一一对应关系，难免误诊断。 3. 计算机辅助监测与诊断系统：由传感器+接口装置+计算机(含人工智 能技术)组成。可实时监测和自动诊断，是机械工况监测与故障诊断的主 要发展领域。(目前无商品供应，但国内外有这种系统的开发与应用)中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

诊断技术应用 目前设备诊断技术在石化、冶金、电力、 航空航天等行业中应用情况较好。例如透 平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家 “八五”攻关项目并受到高度重视。与此 相适应，一些高等院校已成立了有关的专 业，并将设备诊断技术列入教学计划，这 为

设备诊断的后备人才提供了保证。相信 今后我国的诊断技术在赶上世界水平方面 将会有更快的发展。中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

故障诊断和状态监控的应用现状国外： ★ 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、化工、铁路 ★ 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&K的振动与声发射诊断中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

故障诊断和状态监控的应用现状国内： ★ 天津大学从1982年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、切 削过程等方面的诊断与监控技术，成果有： 1、 设备的智能诊断与预测维修系统 2、 设备在线自动报警与保护通用监控系统 3、 动态测试与信号分析系统 4、 模态分析系统 ★ 华中理工大学研究开发的汽轮发电机组诊断专家系统、 钢丝绳诊断系统 ★ 西安交大：旋转机械故障诊断RB-20,用于炼油行业 ★ 国防科大：望远号远洋考察船在线监控与故障诊断系统 ★ 哈工大： 20万kW汽轮发电机组诊断中南大学 机电工程学院 李群明 2015年上

水轮机组状 态 监 测

以组态方式实时显示所监测的数据，能自动识别 设备的状态，出现异常时可自动报警 。

波形-频谱-轴心轨迹

可动态显示当前振动的时域波形、频谱、轴心轨迹， 从中可了解机组故障和损坏的原因及程度

智能火力发电站控制技术负荷智能调度 经济优化统一标准接口

智能高级应用基本专业应用 统一支撑平台 通信 信息 硬件支撑设备 智 能 评 估 运 行 维 护 资 产 管 理

智能化火电厂

煤质在线监测 设备状态监控 排放在线监测

红外监测方法红外监测方法的基本原理 红外线的划分 为了研究和应用的方便，根据红外辐射与物质作用时各波长的响 应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分: 近红外线-—波长为0.76~3μm; 中红外线-—波长为3~6μm; 远红外线-—波长为6~15μm 超远红外线-—波长为15~1000μm。