机械故障诊断的意义、现状与发展趋势

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1、机械故障诊断学Mechanical Fault Diagnosis 2011年4月研究生课程研究生课程中国石油大学（北京）机械与储运工程学院中国石油大学（北京）机械与储运工程学院 段礼祥段礼祥2联系方式联系方式 单单 位：中国石油大学位：中国石油大学(北京北京)机械与储运学院机械与储运学院 机械故障诊断研究室机械故障诊断研究室 地地 址：北京市昌平区府学路址：北京市昌平区府学路18号号 电电 话：话：010-89733406(o)13521353803 Email:3一、课程的目的 掌握常见的机械故障诊断方法与技术。培养计算机编程、课题设计的实际能力。完成由学习阶段向课题研究的过渡，掌握必要的

2、研究方法与思路，为开题、课题研究做准备。4二、主要内容 机械诊断的意义、主要方法、现状及趋势 振动诊断的各种方法及实现技术 典型机械（往复机械、旋转机械)诊断方法 管线泄漏诊断方法 用C+、X#或VB语言编制信号分析处理程序5三、学习方法 理论与实际相结合理论与实际相结合，多看一些机械故障诊断方面的案例，并进行总结、分析。课内与课外相结合课内与课外相结合，通过查找文献，了解国内外最新成果，如最新的诊断技术和方法。学与用相结合学与用相结合，设想一下自己将来要对某一台设备进行诊断，如何将所学知识应用于实际。6三、教材及主要参考书 张来斌张来斌王朝晖王朝晖张喜廷张喜廷樊建春樊建春机械设机械设备故障诊

3、断技术及方法备故障诊断技术及方法石油工业出版社，石油工业出版社，20002000 李国华李国华,张永忠机械故障诊断，化学工业出版社，张永忠机械故障诊断，化学工业出版社，1999 王江萍，机械设备故障诊断技术及应用，西安王江萍，机械设备故障诊断技术及应用，西安-西北工西北工业大学出版社，业大学出版社，2001 盛兆顺盛兆顺,尹琦岭，设备状态监测与故障诊断技术及应用，尹琦岭，设备状态监测与故障诊断技术及应用，北京北京-化学工业出版社，化学工业出版社，2003 7振动诊断系统介绍振动诊断系统介绍 设备主要诊断方法设备主要诊断方法 绪论绪论振动诊断的主要方法振动诊断的主要方法 四、四、课程课程内容内容

4、轴承故障诊断轴承故障诊断 离心泵故障诊断离心泵故障诊断 发动机故障诊断发动机故障诊断 压缩机设备故障诊断压缩机设备故障诊断 管道泄漏诊断方法管道泄漏诊断方法程序编制程序编制 8 现阶段，人类对安全事故的辨识、评价、预测、控制等使用的主要方法有：本质安全化方法、人机匹配方法、生产安全管理一体化方法等。而采取本质安全化是最根本的方法，它主要从物的方面考虑，包括降低事故发生概率和降低事故严重程度。五、引言：开展机械设备故障诊断的意义？9降低事故发生概率的措施降低事故发生概率的措施 要控制事故发生的概率，就要提高设备的可靠性，可采取的方法：1）提高元件的可靠性设备的可靠性取决于元件的可靠性。选用结构性

5、能好、可靠性高的元器件。严格检修、合理规定元件的使用周期、定期更换元器件。10 2）加强预防性维修 预防性维修是排除事故和潜在性隐患、提高设备可靠性的主要手段。所以，提高元件的可靠性、加强预防性维修是降低事故发生概率的重要措施。11设备维修制度的发展 事后维修，故障维修事后维修，故障维修 (Break down)设备坏了后才去修理。定期维修，预防维修定期维修，预防维修 (Preventive)定期地检查和大修。预测维修，视情维修预测维修，视情维修 (Predictive)周期的监测，必要时才去维修。12事后维修体制设备运行到坏了再进行修理。不需要安排计划。对一些设备，更换比修理更便宜。意外停机

6、引起生产损失。可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库存备件投资多。定定义义优优点点缺缺点点13定期维修体制按预订的时间间隔或检修周期，对设备作维修、调整和更换备件。机器寿命较长。减少意外停机。备件库存较少。意外停机引起生产损失。过剩维修导致维修费用增加。过剩维修引起人为维修故障。定定义义优优点点缺缺点点14预测维修体制有计划地对设备作检查和测试，以确定其健康状态，必要时才进行维修。减少非计划停机损失。维修时间间隔可以延长。维修费用大为减少。备件库存最小。需要初始投资。需学习和培训。定定义义优优点点缺缺点点15不同制度的维修成本的比较大型钢铁企业16维修费用花了多少？美国1980年税收总额$

7、7500亿，维修费为$2460亿,估计其中过剩维修费为$750亿。我国1987年国营工交企业40万个，固定资产￥7000亿,维修费约为固定资产的 35。我国2002年规模以上企业共有固定资产￥8800万亿，维修费有多少？能节省多少？规模以上企业是指全部国有企业及年产品销售收入500万元以上的非国有工业企业。17停产一天的损失有多大？300MW发电机组 损失电720万kWh，约￥144万元30万吨化肥装置 损失化肥1000t，约￥150万元三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400万元中石化每年设备停机损失：19亿元/年18先进维修制度的作用 保证机器精度，提高产品质量 减少意外停车引起

8、的生产损失 防止事故，杜绝灾难性故障 减少维修时间和维修费用（人力和财力）改善环境，改善企业形象投资获得最大和最长远的回报投资获得最大和最长远的回报19 机械设备状态监测与故障诊断，就是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，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，是设备维修的发展方向。_通过状态监测和故障诊断，就能有针对性进行预防性维修，从而提高元件和设备的可靠性，降低事故发生概率，是防止事故和计划外停机的有效手段。20第1章 绪论 机械故障诊断的意义 故障诊断的全过程 机械诊断技术的发展过程 机械故障诊断现状 机械故障诊断发展趋势 21一、机械故障

9、诊断的意义 1、避免恶性事故的发生，保证安全生产避免恶性事故的发生，保证安全生产 大型压缩机价值数百万元以上，一个缸盖10万元以上；管线发生较大泄漏损失几百万以上。2、降低能耗降低能耗 PZ12V190发动机有12个缸，经常有12个缸熄火，燃油多消耗1/122/12，若通过诊断进行及时调整，则可节约燃油10%。22 某企业两台压缩机的二级缸和缸座损坏，造成企业停产5天，损失巨大。菲律宾某金矿一台压缩机爆炸，造成至少十八名矿工死亡。河北正元化工厂压缩机在加压过程中三段缸体发生爆裂，巨大的气压致使机器起火，压缩机报废。重庆市江津禾丰化工公司第四车间1号压缩机突然爆炸，一名女工重伤不治身亡。23 2

10、004年长庆输油管线发生特大原油泄漏事故，直接经济损失400万元。2003年兰成渝输油管线发生油品严重泄漏。2004年长庆油田输油管道因老化导致破裂。2004年锦州原油泄漏事故。2004年河南中（原）洛（阳）输油管线发生原油泄漏事故。24253 3、开展视情维修，节约维修费用、开展视情维修，节约维修费用 1台大型压缩机大修一次50万元左右，若根据情况将维修周期延长1/10，则节维5万元。开展设备故障诊断工作，平均可节约维修费用25%。4 4、科学化管理的要求、科学化管理的要求 大型企业评选设备使用先进单位时，故障诊断工作占10%的比重。资金紧张时，需要依托诊断技术对设备进行精细管理，在冶金、煤

11、炭等行业已成为必须的设备管理手段。26 2003年，陕西秦岭水泥(集团)股份有限公司投资130万元，对湿法线4号窑电收尘器进行大修。石家庄石化公司对主要装置的检修费就达6000多万元，加上停产及开停工损失的经济效益近1亿元。据证券时报2007.04.11，川化股份一季度业绩出人意料亏损约1500万元，原因主要是生产设备大修引起较长时间的停产。在国内，一大批石化生产装置仍处于“一年一修”的低水平。27简易诊断和精密诊断状态监测（简易诊断）状态监测（简易诊断）内容：识别有无故障 明确故障严重程度 作出故障趋势分析由设备维修人员在现场进行故障诊断（精密诊断）故障诊断（精密诊断）内容：确定故障部位 确

12、定故障原因 提出维修建议由设备诊断人员在现场或中心进行二、故障诊断的全过程 28故障诊断的全过程 信号采集预处理特征提取建立标准库与标准库比较诊断故障修正标准库故障预测1.1.预处理方法预处理方法 去除噪声，多段平均、滤波、小波分析等。2.2.特征提取特征提取 获取故障特征，不平衡、不对中、磨损等，利用各种时、频域方法。3.3.建立标准库建立标准库 建立标准故障模式。最基本单位是故障向量，组成故障矩阵。291)1)标准库形式标准库形式(1)模糊库：通过隶属函数，建立模糊向量库。(2)神经网络库：通过隐含矩阵，记忆故障模式。(3)知识库：基于规则、语义网络、框架等，各向量可非定长。2)2)建库方

13、法建库方法(1)根据理论建模：主要针对确定性故障，具有成熟的时、频故障特征。(2)通过聚类分析建模：划分正常、异常态设备。(3)样本记忆建模：实例记忆，多为非确定性故障。304.与标准库比较 故障的模式识别。故障的模式识别。1)1)概率推理法；概率推理法；2)2)模糊贴近度法；模糊贴近度法；3)3)神经网络识别法。神经网络识别法。31状态监测和故障诊断的过程图示32三、机械诊断技术的发展过程 国外，美国陆军研究所于1945年开展了军用设备的故障诊断工作；国内，1982年机械工业部在南京召开了全国范围内的维修与诊断会议，正式开展故障诊断研究工作。国内机械工程学会下设机械维修分会，专门负责开展故障

14、诊断工作；目前已召开了第十四届故障诊断工作会议；石油系统召开了四届故障诊断会议。众多科研院所、学校开展了故障诊断研究。各石油单位都开展了相应的工作，有的设置了诊断中心。33四、机械故障诊断现状 1.国外 美国：声发射：PAC公司；振动：Bentele公司及ENTAK公司；丹麦：振动：BK公司；日本：齿轮、轴承；德国：发动机诊断，Shenck公司；英国：管线泄漏诊断，ATMOS 公司。342.国内(排名不分前后)华中理工大学(杨叔子：钢丝绳、智能诊断)西安交大(曲梁生：旋转机械诊断)重庆大学(车辆诊断)北京化工大学(高金吉：化工设备诊断)清华大学(褚福磊：电厂诊断、管线泄漏)天津大学(靳世久：管

15、线泄漏)北京科技大学(高澜庆：油液分析、发动机；徐金梧：旋转机械)北京机械工程学院(徐小力：旋转机械)353.中国石油大学（北京）现状1)研究方向(1)往复机械：发动机、压缩机、往复泵诊断。华北第三钻井公司：1995-1997 塔里木第六勘探公司：1997-1998 天津大港钻井公司：1998-1999 大庆采油十厂：1998-2000 江苏钻井公司：1999-2004 南海西部船舶公司：2000-2001 塔里木油田：2002-2010 大庆采油一厂：2004-2005 克拉玛依炼厂：2005-2007 兰州石化：2008-201036(2)离心机械：注水泵、齿轮箱 胜利输油局：1998-2

16、000 新疆采油二厂：2000-2001 辽河油田曙光采油厂：2001 辽河油田欢喜岭采油厂：2001 江苏采油一厂：2002-2004 中国管道局：2004-2006 大庆采油研究院：2004-2005 新疆风能公司：2004-2005 塔里木油田：2005-2010 中石油北京天然气管道公司：2010-2012372)已获得的重要基金 (1)国家自然科学基金：3项 发动机诊断:2002-2004 西部油田设备诊断:2004-2006 套管磨损诊断:2005-2007 (2)北京市自然科学基金：2项 车用发动机污染排放诊断:1999-2001 城市输水管线泄漏诊断:2001-2003 (3)

17、北京市科技新星基金:1项 城市天然气管线诊断系统研究:2004-2006 38 (4)教育部霍英东青年教师基金：1项 输油管线小泄漏诊断研究,2004-2006 (5)教育部新世纪优秀人才支持计划：1项 过程信息融合方法研究,2006-2008 (6)石油总公司创新基金：6项 油液诊断:1999-2001 输油泄漏诊断:2001-2004 输气泄漏诊断:2001-2004 安全事故分析:2005-2007 管线过程信息融合诊断：2006-2008 往复压缩机故障诊断：2007-2009 39五、机械故障诊断发展趋势 1、网络、远程化；2、与控制系统结合，实现自愈；3、与生产工艺结合，实现优化、

18、节能、降噪。40布置课后学习任务：1、自学C#、C+或其它编程语言。实现振动信号的读取，时域、频域分析，特征指标计算。2、学习轴承、齿轮、离心泵、压缩机的结构、工作原理及故障形式。3、查找国内外故障诊断的新方法(近5年文献)。并总结。查阅地址：图书馆网页快速服务通道Elsevier全文电子期刊 41本章的内容您掌握了吗？42谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH