(完整版)《设备故障诊断-沈庆根》知识点汇总

1.1.设备故障诊断的含义设备故障诊断是指应用现代测试分析手段和诊断理论方法，对运行中的机械设备出现故障的机理、原因、部位和故障程度进行识别和诊断，并且根据诊断结论，确定设备的维修方案和防范措施。

1.2.设备故障诊断的过程信号采集→信号处理→故障诊断→诊断决策→故障防治与控制1.3.设备故障诊断的特性多样性、层次性、多因素相关性、延时性、不确定性1.4.三种维修制度事后维修（故障维修）、定期维修（计划维修）、状态监测维修（预知性维修）1.5设备故障的类型有哪些①结构损伤性故障（裂纹、磨损、腐蚀、变形、断裂、剥落和烧伤）②运动状态劣化性故障（机械位置不良、刚性不足、摩擦、流体激振、非线性的谐波共振）1.6设备故障诊断的功能①不停机不拆卸的状态下检测②可预测设备的可靠性程度③确定故障来源，提出整改措施1.7.设备状态监测与故障诊断的技术和方法振动信号监测诊断技术（普遍性、信息量丰富、易处理与分析）声信号监测诊断技术（声音监听法、频谱分析法、声强法）温度信号监测诊断技术润滑油的分析诊断技术其他无损检测诊断技术1.8.设备故障状态的识别方法信息比较诊断法、参数变化诊断法、模拟试验诊断法、函数诊断法、故障树分析诊断法、模糊诊断法、神经网络诊断法、专家系统2.1信号的含义和分类信号是表征客观事物状态或行为信息的载体分类：确定性信号与非确定性信号；连续信号和离散信号；能量信号和功率信号；时限与频限信号2.2.信号时域分解直流分量和交流分量脉冲分量实部分量和虚部分量正交函数分量2.3.信号的时域统计均值均方值方差2.4.时域相关分析相关系数：2.5.频谱分析法利用傅里叶变换的方法对振动的信号进行分解，并按频率顺序展开，使其成为频率的函数，进而在频率域中对信号进行研究和处理的一种过程，称为频谱分析2.6.振动监测的基本参数振幅、频率、相位2.7.旋转机械常用的振动信号处理图形轴心轨迹：轴颈中心相对于轴承座在轴线垂直平面内的运动轨迹转子振型：转子轴线上各点的振动位移所连成的一条空间曲线轴颈涡动中心位置：在滑动轴承中，轴颈中心在激扰力作用下是绕着某一中心点运动的波特图：描述转子振幅和相位随转速变化的关系曲线，纵坐标为振幅和相位，横坐标为转子的转速或转速频率极坐标图：把转子的振幅与相位随转速的变化关系用极坐标的形式表示出来（直观，方便，清晰，抗干扰）三维坐标图（级联图、瀑布图）：随转速上升，机械振动的基础幅指上升阶比谱分析：将频谱图上横坐标的每个频率值除以某个参考频率值（读数清晰、周期采样、精度高）3.1旋转机械的故障类型有哪些①转自不平衡②转子不对中③滑动轴承故障④转子摩擦⑤浮动环密封故障3.2转子不平衡的概念转子受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线中间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象不平衡产生的离心力大小3.3转子不平衡振动的故障特征①不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动，在转子径向测点上得到的频谱图，转速频率成分具有突出的峰值②单纯的不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值很低，因此在时域上的波形是一个正弦波③转子的轴心轨迹形状基本上为一个圆或者椭圆，这意味着置于转轴同一截面上相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90°④转子的进动方向为同步正进动⑤除了悬臂转子外，对于普通两端支撑的转子，不平衡在轴向上的振幅一般不明显⑥转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降3.4转子不平衡振动的原因①固有质量不平衡（设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确）②转子运行中的不平衡（转子弯曲、转子平衡状态破坏）3.5怎样区别转子弯曲不平衡和质量不平衡①振幅随转速的变化：质量不平衡与转速之间按照固定的关系式变化，弯曲的没有固定的②相位随转速的变化：质量的相位处于变动中，弯曲的基本不变③振幅随负荷变化：质量的振动不随负荷变化，弯曲的会3.6转子不对中故障的特征①改变了轴承中的油膜压力②轴承的振动幅值随转子负荷的增大而增高③平行不对中主要引起径向振动④不对中使刚性联轴节两侧的转子振动产生相位差⑤从振动频率上分析，不同类型的转子和不同形式的不对中情况引起的振动频率是不相同的⑥大型涡轮机械上多跨转子的不对中，一般伴随有其他故障因素，因而振动情况更为复杂⑦转子之间的不对中，由于在轴承不对中方向上产生了一个预加载荷，轴颈运动的轴心轨迹形状为椭圆形，随着预加载荷的增大，轨迹形状将变为香蕉形、“8”字形或外圈中产生一个内圈等形状3.7转子不对中故障的原因①初始安装对中超差②冷态对中时没有正确估计各个转子中心线的热态升高量，工作时出现主动转子与从动转子动态对中不良③轴承架热膨胀不均匀④管道力作用⑤机壳变形或移位⑥地基不均匀下沉⑦基础变形⑧转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障3.8不对中故障的监测方法①静态检测法（打表发、激光对中法、联轴节表面状态检测法）②动态监测法（振动诊断法、激光对中法、Dodd棒测量法、电涡流绝对值测量法、轴承油膜压力测量法）3.9滑动轴承常见故障的原因和防治措施①巴氏合金松脱（重新浇注）②轴承异常磨损、刮伤、拉毛（轴承装配缺陷、轴承加工误差、转子发生大振动、止推轴承设计误差、供油系统问题）③轴承疲劳（轴承比压合适、轴承间隙合适、用薄的巴氏合金、控制轴瓦温度）④轴承腐蚀⑤轴承气蚀⑥轴承壳体松动⑦轴承间隙不适当⑧轴承温度过高3.10油膜振荡的概述高速滑动轴承的一种特有故障，由油膜力产生的自激振动，转子发生油膜振荡时输入的能量很大，足以引起转子轴承系统零部件的损坏3.11油膜振荡的机理和特点是轴颈涡动运动与转子自振频率相吻合时发生的大幅度共振现象，其特点往往是来势很猛，瞬时间振幅突然升高，很快发生局部油膜破裂，引起轴颈与轴瓦之间摩擦，发出强烈的吼叫声，将严重损坏轴承和转子3.12轴承发生油膜振荡的故障特征①油膜振荡是一种自激振动，维持振动的能量是由轴本身在旋转中产生，它不受外部激励力的影响②高速轻载转子，发生油膜振荡的转速总是高于转子系统的一阶临界转速二倍以上③油膜振荡是一种非线性的油膜共振④轴心轨迹形状紊乱、发散，很多不规则的轨迹叠加成花瓣形状⑤由于转子发生激烈的自激振动，引起轴承油膜破裂，因而会同时发生轴颈和轴瓦的碰撞摩擦，时而发生巨大的吼叫声⑥惯性现象：当转子转速一旦进入油膜共振区，升高转速，振荡频率不变，振幅并不下降3.13油膜不稳定的防止措施①避开油膜共振区域②增加轴承比压③减小轴承间隙④控制适当的轴瓦预负荷⑤选用抗振性好的轴承⑥调整油温4.1往复式压缩机的故障类型与故障原因①压缩机热力参数异常（排气量降低、吸排气压力不正常、温度不正常、工况的改变、油路故障）②压缩机主要零部件的机械故障（气阀故障、活塞杆断裂、连杆螺栓断裂、曲轴断裂、活塞卡住、咬住或撞裂）③压缩机故障振动/动力学故障（曲柄连杆机构的运动惯性力、压缩机故障振动（汽缸、机体和基础振动）和不正常声音（运动机构、汽缸、吸气阀、排气阀故障）4.2气阀故障的形式①阀片损坏②弹簧折断③气阀漏气4.3气阀故障监测和诊断的方法①阀盖安装传感器获得振动信号或噪声信号②在阀室安装位移传感器监测阀片运动规律信号③用P-V示功图监测④测量吸、排气腔内的脉动压力和温度变化4.4压力脉动给压缩机带来哪些不利影响①可能使压缩机的指示功率增加②降低气阀的使用寿命③使得排气量增大或者减小④破坏安全阀的严密性⑤引起管道和设备的振动4.5管道压力脉动的防治措施①采用合理的吸排气顺序②装设缓冲器③装设声学滤波器④装设孔板⑤配置合适的集气管⑦避免管道中气流方向和流速的突变4.6管道机械共振的原因气流压力脉动引起气柱共振以及任何一种激振力4.7管道机械共振的诊断方法①测试方法②计算方法4.8管道机械共振的防治措施①改变支撑条件②采用动力减振器5.1齿轮常见的故障①齿的断裂（疲劳断裂和过负荷断裂）②齿的磨损（粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损）③齿面疲劳（点蚀、剥落）④齿面擦伤和划痕5.2齿轮主要的常规激励和故障激励①刚度激励②传动误差（制造误差、装配误差、轮齿损伤误差、外部激励误差）③啮合冲击④节线冲击5.3齿轮故障的特征①啮合频率及其谐波成分②幅值调制和频率调制所形成的边频带③由齿轮转速频率的低次谐波所构成的附加脉冲④由齿轮加工误差形成的隐含成分5.4倒频谱的含义功率谱对数的功率谱（傅里叶逆变换），即把时间信号x(t)的功率谱函数G(f)取对数，再进行傅里叶变换，其表达式为5.5倒频谱的优点①有效的提取和识别频谱上的周期成分②受传输途径的影响很小5.6齿轮故障的诊断方法①细化谱分析法②倒频谱分析法③时域同步平均法④自适应消噪技术（振动信号诊断）⑤噪声诊断6.1为什么说滚动轴承是最易损坏的承受冲击的能力差，在冲击载荷下容易发生故障、滚动轴承在滚动体上的载荷分布不均匀，在载荷线下面的一个滚动体受力最大，内圈和外圈上各点所受的应力和应力循环次数不同6.2滚动轴承的故障形式转速n<1r/min————塑性变形转速n>10r/min————疲劳剥落（点蚀）、磨粒磨损、裂纹和断裂、压痕、腐蚀、电蚀、胶合（粘着）、微动磨损、烧损6.3滚动轴承故障的检测方法根据轴承的振动和声音检测根据轴承的温度或润滑油的温度检测根据轴承的磨损颗粒检测根据轴承的间隙变化检测根据轴承中的油膜电阻变化检测6.4引起滚动轴承振动的原因外部激励因素：转子的不平衡、不对中、流体激励、结构共振等震动传递本身内部原因：Ⅰ由于轴承结构本身引起的振动①滚动体通过载荷方向产生的振动②套圈的固有振动③轴承弹性特性引起的振动Ⅱ由于轴承形状和精度问题引起的振动①套圈、滚道和滚动体波纹度引起的振动②滚动体大小不均匀和内外圈偏心引起的振动Ⅲ由于轴承使用不正当或装配不正确引起的振动①滚道接触表面局部性缺陷引起的振动②润滑不良，由摩擦引起的振动③装配不正确，轴颈偏斜产生的振动6.5轴承故障引发的激振力有哪些①波形随机，杂乱无章②激励力为尖峰形的脉冲波③激励稳态，成正弦波6.6轴承振动信号中频率域的特点①频谱具有宽频带特性，并且随着缺陷的种类、形状、轴承尺寸和转速而变化三频段：0~20kHz,转子和轴承的故障特性频率（不对中、不平衡）20~60kHz，轴承其他元件的固有频率大于60kHz，属于声发射范围（润滑不良、胶合、剥落裂纹）6.7轴承故障振动检测技术和诊断方法①低频信号接收法②冲击脉冲法（SP M）③共振解调法④光纤传感器技术⑤电涡流传感器技术7.1油样分析技术的概述通过对油液的采样和分析处理，取得设备各摩擦副的磨损状况信息，从而对设备所处工作状态作出科学的判断。

7.2常用的油样分析技术①光谱分析（SOA）：原子吸收光谱测定法、原子发射光谱测定法、X射线荧光光谱测定法②铁谱分析③颗粒计数器④磁塞7.3声发射的概述材料在外载荷（如力、热、电、磁等）或内力的作用下以弹性波的形式释放应变能的现象7.4声发射信号传播过程声发射源→材料中传播→传感器耦合界面→传感器→声发射仪接收信号→信号处理→数据显示7.5声发射信号的表征参数①计数和计数率②幅度和幅度分布③声发射源定位7.6声发射检测仪器的作用①接收声发射信号②处理信号③显示声发射数据7.7声发射仪器的分类接收信号的通道数目：单通道、双通道、多通道7.8声发射检测的研究及应用领域①石油化工工业②电力工业③材料试验④民用工程⑤航天和航空工业⑥金属加工⑦交通运输业⑧其他8.1专家系统的概述专家系统是人工智能研究的一个分支，是一个拥有大量专业的计算机程序系统，它应用人工智能技术，根据专家提供的领域只是进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些只有人类专家才能解决的复杂问题8.2专家系统的结构知识库（基本事实、规则和其他有关信息）、推理机（核心）、人机接口8.3专家系统包括哪些基本问题专家系统是一个知识处理系统，包括知识的获取、表示（核心）和利用三个基本问题8.4常用的知识表示方法有哪些产生式表示、框架表示、谓词逻辑表示、过程表示8.5产生式表示的形式IF<条件>THE N<结论>8.6产生式系统的组成规则库、综合数据库、推理机（控制策略和推理方式）8.7产生式表示的优缺点优点：模块化、一致性、自然性缺点：推理效率低8.8专家系统的推理方式有哪些基于规则的推理（正向、反向和混合推理缺点：知识获取困难和推理脆弱性）基于模型的推理（缺点：推理效率低和系统模型难以建立）基于案例的推理（优点：知识获取容易、具有学习功能、适应力强、易接受；缺点：检索困难、不保证得到最佳方案）。