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風(fēng)電大部件故障診斷基礎(chǔ)知識:振動、噪聲、溫度、探傷

2020-07-17 來源:設(shè)備管理交流 瀏覽數(shù):5099

設(shè)備的輸出與輸入的關(guān)系以及輸出變量之間的關(guān)系都可以反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

  一、描述故障的特征參量
  
  1、設(shè)備或部件的輸出參數(shù)
  
  設(shè)備的輸出與輸入的關(guān)系以及輸出變量之間的關(guān)系都可以反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
  
  2、設(shè)備零部件的損傷量
  
  變形量、磨損量、裂紋以及腐蝕情況等都是判斷設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的特征參量。
  
  3、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的二次效應(yīng)參數(shù)
  
  主要是設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動、噪聲、溫度、電量等。
  
  設(shè)備或部件的輸出參數(shù)和零部件的損傷量都是故障的直接特征參量。而二次效應(yīng)參數(shù)是間接特征參量。使用間接特征參量進(jìn)行故障診斷的優(yōu)點(diǎn)是,可以在設(shè)備運(yùn)行中并且無需拆卸的條件下進(jìn)行。不足之處是間接特征參量與故障之間的關(guān)系不是完全確定的。
  
  二、故障診斷的實(shí)施過程
  
  1、狀態(tài)監(jiān)測
  
  通過傳感器采集設(shè)備在運(yùn)行中的各種信息,將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蚱渌锢砹浚賹@取的信號輸入到信號處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。
  
  2、分析診斷
  
  根據(jù)監(jiān)測到的能夠反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的征兆或特征參數(shù)的變化情況或?qū)⒄髡着c模式進(jìn)行比較,來判斷故障的存在、性質(zhì)、原因和嚴(yán)重程度以及發(fā)展趨勢。
  
  3、治理預(yù)防
  
  根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論確定治理修正和預(yù)防的辦法。
  
  狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的基礎(chǔ)和前提;故障診斷是對監(jiān)測結(jié)果的進(jìn)一步分析和處理,診斷是目的。
  
  三、振動測量
  
  根據(jù)能否用確定的時(shí)間關(guān)系函數(shù)來描述,振動分為確定性振動和隨機(jī)振動。
  
  1、振動的基本參數(shù)
  
  振幅:振動體或質(zhì)點(diǎn)距離平衡位置的幅度。
  
  頻率:每秒振動的次數(shù),用HZ表示。
  
  周期:振動一次所需要的時(shí)間,頻率和周期互為倒數(shù)。
  
  相位:表示振動部分相對與其他振動部分或固定部分所處的位置。
  
  2、振動位移對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)是速度、速度對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)是加速度。
  
  加速度對時(shí)間積分得速度、速度對時(shí)間積分得位移。因此,位移、速度、加速度這三者,只要測得其中之一,即可通過微分積分的關(guān)系求出另外的兩個(gè)物理量。
  
  3、常用的測振傳感器(結(jié)構(gòu)和應(yīng)用)
  
  壓電加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的,壓電式加速度計(jì)無需外電源,屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。它由壓緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等部分組成,其中,壓電晶片是加速度計(jì)的核心。壓電晶體輸出電荷與振動的加速度成正比。靈敏度高而且穩(wěn)定。
  
  磁電速度傳感器是基于磁電感應(yīng)工作的,無需外電源也屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。由磁鋼 、線圈 、阻尼環(huán)、彈簧片 、芯軸 、殼體和輸出線 組成。當(dāng)傳感器隨被測系統(tǒng)振動時(shí),傳感器線圈與磁場之間產(chǎn)生相對運(yùn)動,切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,從而輸出與振動速度成正比的電壓。
  
  振動位移信號通常采用渦流位移傳感器提取。由線圈、殼體和引線組成。它基于金屬體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)工作。工作時(shí),將傳感器頂端與被測對象表面之間的距離變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號。這種傳感器不僅能測量一些旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移,還能測量轉(zhuǎn)數(shù)。渦流位移傳感器屬于非接觸式測量,但需要外電源,屬于能量控制型傳感器。
  
  4、異常振動分析方法
  
  振動總值法:通過傳感器直接測量,以表格或圖形表示趨向,并對照"異常振動判斷基準(zhǔn)"判別設(shè)備工作是否正常。
  
  頻率分析法:把測量的振動信號取出進(jìn)行頻率分析,再將頻譜圖與正常譜圖比較,可以找出振源、部位和嚴(yán)重程度。
  
  傅立葉變換的目的是將時(shí)域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號。在時(shí)域信號中,橫坐標(biāo)是時(shí)間;在頻域信號中,橫坐標(biāo)是頻率或圓頻率。頻率分析儀是一種將時(shí)域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號的儀器。
  
  頻率分析儀可以將振動信號的波形分解為各個(gè)頻率的分量,獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)和組成信號的各個(gè)諧波的幅值、相位,從而確定信號特征。
  
  振動脈沖測量法:主要用于滾動軸承的測量,以振動峰值作為判斷依據(jù)。
  
  四、噪聲測量
  
  噪聲:不規(guī)則的機(jī)械振動在空氣中引起的振動波。
  
  聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級,是噪聲強(qiáng)弱的客觀量度;頻率或頻譜表示噪聲的成分。也可以用主觀的感覺,例如響度進(jìn)行測量。
  
  1、噪聲的物理量度
  
  聲壓:聲波傳播時(shí),空氣質(zhì)點(diǎn)隨之振動所產(chǎn)生的壓力波動出現(xiàn)的壓強(qiáng)增量(Pa)。
  
  聲壓級(dB):聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的以10為底的對數(shù)的20倍。
  
  聲強(qiáng):單位時(shí)間內(nèi),單位面積上的聲波能量--聲強(qiáng)(W/㎡)。
  
  聲強(qiáng)級:聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比的以10為底的對數(shù)的10倍--聲強(qiáng)級(dB)。
  
  聲功率:聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射出來的總聲能--聲功率(W)。
  
  聲功率級:聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的以10為底的對數(shù)的10倍--聲功率級(dB)。
  
  2、噪聲的主觀量度
  
  (1) 等響曲線
  
  人耳對燥聲的感覺不僅和聲壓級有關(guān),還和燥聲的頻率有關(guān)。
  
  響度曲線:典型聽者感覺響度相同的純音,其聲壓級和頻率之間的關(guān)系曲線。將各個(gè)頻率下相同響度的聽閾聲壓相連而得到的曲線,即為聽閾曲線,其響度規(guī)定為0 ,所以聽閾曲線也稱為零方響度線。
  
  同理,不同頻率時(shí),痛閾的聲壓級和頻率關(guān)系曲線稱為痛閾曲線,也稱為120方響度線。在聽閾和痛閾之間,共有13個(gè)響度級,其響度分別為0、10、20、30 ┉┉ 110、120。同一條曲線上的各點(diǎn),頻率和聲壓級不同,但響度相同。
  
  (2) 計(jì)權(quán)聲級
  
  聲級計(jì)利用不同線路對不同頻率聲音實(shí)行不同程度的衰減,從而能夠近似地表達(dá)人們對聲音的感受和反映。
  
  聲級計(jì)中常常采用A、B、C三個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。其中,C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)讓所有頻率的可聽聲音程度相同地通過,所以它代表總聲級;B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)使低頻段的聲音在通過時(shí)有一定程度的衰減;A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)使聲音的低頻段有更大的衰減。噪聲測量中,若:
  
  LC = LB = LA 時(shí):表明噪聲的聲能主要集中在高頻段;
  
  LC = LB>LA時(shí):表明噪聲的聲能主要集中在中頻段;
  
  LC > LB> LA時(shí):表明噪聲的聲能主要集中在低頻段。
  
  3、噪聲測量儀器
  
  (1) 傳聲器
  
  它的作用是將聲能轉(zhuǎn)換成電能。通常用膜片感受聲壓,把聲壓的變化成膜片的振動。
  
  傳聲器分為三類:
  
  壓強(qiáng)式,膜片感受的是聲壓;
  
  壓差式,膜片振動取決于膜片兩側(cè)的壓差;
  
  壓強(qiáng)和壓差組合式。
  
  電容傳聲器:靈敏度高,動態(tài)范圍寬,輸出特性穩(wěn)定,對周圍環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),外形尺寸小。
  
  壓電傳聲器:結(jié)構(gòu)簡單成本低,輸出阻抗低,電容量大,靈敏度較高。性能受溫、濕度影響較大。
  
  (2) 聲級計(jì)
  
  聲級計(jì)可以用來測量聲級,進(jìn)行頻譜分析,記錄噪聲的時(shí)間特性和測量振動。被測量的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號,經(jīng)過衰減器和放大器以及計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)等,最后由分貝表顯示。
  
  4、故障的噪聲識別方法
  
  可以根據(jù)噪聲信號的特征量制定一個(gè)限值作為有無故障的標(biāo)準(zhǔn)。
  
  要識別故障的性質(zhì)、發(fā)生的部位以及嚴(yán)重程度,還需要提取噪聲信號作頻譜分析。
  
  對噪聲判斷有絕對標(biāo)準(zhǔn)、相對標(biāo)準(zhǔn)和類比標(biāo)準(zhǔn)。三種方法分別對應(yīng)于將測量所得到的噪聲信號的特征量值和標(biāo)準(zhǔn)特征量值、正常運(yùn)行的特征量值或同類設(shè)備相同工況時(shí)的特征量值進(jìn)行比較。
  
  五、溫度測量法
  
  1、測溫儀表
  
  接觸式測溫裝置:測溫元件與被測對象直接接觸,通過熱交換進(jìn)行測溫。
  
  熱膨脹式(水銀、雙金屬、液體、氣體等)。
  
  壓力式。
  
  熱電阻式(鉑、鎳、銅、半導(dǎo)體等):材料的電阻隨溫度的變化而變化,利用這個(gè)特性,可以將溫度轉(zhuǎn)換成為電量。
  
  熱電偶式(鎳鉻-考銅、鎳鉻-鎳硅、鉑銠-鉑等):基于熱電效應(yīng)進(jìn)行測量,即兩種不同材料的導(dǎo)體組成回路時(shí),若兩端溫度不同,則產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其大小與材料以及兩端溫差有關(guān)。當(dāng)材料確定時(shí),熱電動勢只是被測溫度的函數(shù)而與直徑、長度無關(guān)。
  
  非接觸式測溫裝置:輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)和紅外測溫儀器。
  
  紅外測溫儀器由紅外探測器、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)等組成。
  
  常用的紅外測溫儀器有:紅外測溫儀和紅外熱像儀(可測溫度在物體表面或空間的分布情況)。
  
  紅外測溫儀器的核心是紅外探測器,它能將入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑?其它能量。按照輻射響應(yīng)方式的不同,分為光電探測器和熱敏探測器兩類。
  
  紅外光學(xué)系統(tǒng)有反射式、折射式和折-反射式。
  
  常用的紅外測溫儀器有:紅外測溫儀和紅外熱像儀。后者可以測量溫度在物體表面或空間的分布情況。被測對象的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波、聚焦到紅外探測器上,再由光學(xué)--機(jī)械掃描系統(tǒng)將對象觀測面上各點(diǎn)的紅外輻射通量按時(shí)間順序排列,經(jīng)過紅外探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖,通過視頻信號處理送到顯示器顯示出熱像。
  
  2、通過測溫測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障有軸承損壞、流體系統(tǒng)故障、發(fā)熱異常、污染物質(zhì)積聚、保溫材料損壞、電器元件故障、非金屬部件的故障、機(jī)件內(nèi)部缺陷、裂紋探測等。
  
  六、裂紋的無損探傷法
  
  裂紋是機(jī)器零部件最嚴(yán)重的缺陷。
  
  裂紋可能在原材料生產(chǎn)、零部件加工以及設(shè)備使用等各個(gè)階段產(chǎn)生。可以采用的方法有目視 - 光學(xué)檢測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、渦流探測法和聲發(fā)射探測法。
  
  其中,聲發(fā)射探測法為動態(tài)檢測、在加載或運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行;裂紋主動參與,提供裂紋活動的信息;靈敏度高、覆蓋面大、不會漏檢;但是,不能反應(yīng)靜態(tài)缺陷情況。而渦流探測法:適用于導(dǎo)電材料表面或近表面探傷;靈敏度高,可自動顯示報(bào)警;非接觸式,可用于高溫測量對象典型零件故障診斷;可用于顯示、記錄和報(bào)警,并可估算缺陷的位置和大小。不足:深層缺陷難以探測、影響因素多、存在邊界效應(yīng)。

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