什么是机械状态监测(设备在线监测知识百科)

　　状态监控 (CM) 是监控机械特定状态(例如振动、温度、粘度、水分、磨粒、密度、介电等)以识别可能指示正在发生的故障的变化的过程。它是预测性维护的重要组成部分，因为实施状态监测可以安排维护并采取预防措施来防止进一步的故障和随后的计划外停机。

　　一、什么是机械状态监测？

　　状态监测技术适用于一系列设备，包括旋转机械、辅助系统以及压缩机、泵、电机和压力机等部件。

　　传统的状态监测主要基于振动分析，但更现代的创新技术使用传感器监测实时测量设备不同的参数，并在检测到变化时发送警报。例如现在的油液在线监测系统，它是一种基于传感器技术监测设备润滑系统的故障监测设备。

　　1、机械状态监测系统是如何工作的?

　　曾经有一段时间，工程师通过将木棍靠在机器上并感受振动来检查设备是否正常运行来进行状态监测。然而，随着数字技术、互联网和先进维护技术 (AMT) 的使用，这一领域已取得了充足的发展。

　　现代持续实时监控意味着工程师可以根据需要安排计划维护，而不是简单地安排固定日期(即每六个月)的维护。这样可以根据需要在更有效的时间安排维护，从而减少停机时间。

　　状态监测还可以防止机器中的其他部件因某个部件故障而导致连锁反应而发生故障。预测性维护的使用是反应性维护的巨大进步，反应性维护涉及使机器运行到出现故障，然后更换它或其组件。这提高了效率，消除了工作计划中的意外停机，并大限度地减少了检查程序(您可以在此处找到有关纠正性、预防性和预测性维护的更多信息)。

　　机械状态监测大致可分为三个步骤：

　　(1)、安装监控系统

　　状态监测的第一步是将监测系统硬件安装到您的可用设备上。这可能需要对您的现有资产进行一些改造或修改，不同的设备项目需要不同的方法或仪器。

　　(2)、基线数据测量

　　安装监控系统后，您可以开始测量设备的性能。收集的数据可包括振动、转子速度、温度和过程传感器数据。这将为您提供一个基线，您可以根据该基线监控设备未来的理想运行条件。

　　(3)、持续监控

　　该系统现在可以使用传感器和状态监控软件来监控您的系统，以评估性能并提供诊断。当检测到运行异常时，系统还可以发出警报，并评估数据以确定是否需要立即采取行动，或者机器是否可以在安排维护期间运行更长的时间。

　　(4)、状态监测和物联网

　　由于设备能够相互连接和通信，物联网 (IoT)将改变状态监测。这意味着不同位置的联网智能机器可以相互通信，以提供系统之间的联合比较。

　　这些附加数据将帮助工程师就其机械和任何维护要求做出明智的决定。它还可以提高诊断效率，因为在一台机器上进行热成像或振动监测所需的时间现在可以用于同时测试多台机器。

　　以这种方式连接机器可以提供整个生产过程的可比较的数据分析，无论机器是否执行类似的任务。一旦检测到整个生产链的运行水平发生变化，操作员就可以评估问题可能出在哪里，并对即将发生的故障采取行动。

　　2、机械状态监测的类型

　　可以使用多种不同的监控技术来评估设备的状况。其中包括使用传感器以及更多物理技术进行监控，例如检查机油中的污染物。

　　虽然不同的方法可能指示相同的故障，但建议它们一起使用，以提供机器运行的整体情况。每种类型的状态监测都涵盖了一系列不同的技术来实现它们。

　　状态监测类型包括：

　　(1)、电气监控

　　电气监测涉及利用电气参数偏差的原理来发现不足或故障。这些参数包括电容、频率响应、感应、脉冲响应和电阻，以定位潜在问题。该方法使用退化趋势的测量来确定是否需要采取措施来防止系统故障。

　　技术包括：

　　交流磁场测量 (ACFM)

　　电池阻抗测试

　　高电位测试

　　兆欧表测试

　　电机电路分析

　　功率特征分析

　　浪涌测试

　　(2)、电磁测量

　　这种类型的状态监测通过测量场畸变和涡流变化来识别裂纹、腐蚀、弱点和其他不足。磁场被施加到表面壁上，当它们相互干扰时，它们会产生图案，可用于识别材料质量和表面特征的恶化情况。电磁测试也可用于管道，将不足显示为可测量和分析的干扰。

　　技术包括：

　　磁粉探伤

　　漏磁

　　金属磁记忆法

　　脉冲涡流

　　远场和近场涡流

　　饱和低频涡流

　　其他涡流探伤

　　(3)、激光干涉测量

　　激光干涉测量法使用高精度的激光产生的光波长来测量波位移的变化。基于激光产生的光波的干涉，它用于定位材料(包括复合材料)的表面下和表面缺陷。它的工作原理是使用干涉仪捕获和测量干涉图案。这些图案可以显示材料特性的差异，例如材料中是否存在腐蚀、空洞或表面缺陷。

　　技术包括：

　　数字全息术

　　电子散斑干涉测量法

　　全息干涉测量

　　激光剪切散斑分析法

　　激光超声波

　　应变图

　　(4)、电机电路分析

　　MCA(即电机电路分析)由对电机进行的一系列计算机化测试组成，以确定其状况以及是否存在任何可能的潜在故障源。MCA 测试重关注电气不平衡和绝缘退化，这是电机故障的主要原因。测试通常分为基于电压或基于电流的测试，包括通过/不通过测试以及需要随时间跟踪以确定故障发展情况的测试。

　　检查包括：

　　气隙

　　绝缘

　　线上和线下测试制度

　　电源电路/电流特征

　　电能质量

　　转子

　　定子

　　(5)、油液分析/摩擦学

　　当机器磨损或过热时，污染物会沉积到润滑油、设备液体和其他工作液体中。该技术收集并测试这些油、液体和润滑剂，以揭示是否存在任何污染物，从而解释机器可能会发生故障的程度。

　　技术包括：

　　介电强度测试

　　铁谱法

　　傅里叶变换红外光谱

　　ICP/原子发射光谱

　　微生物分析

　　颗粒定量指数(检查铁含量)

　　电位滴定/总酸值和总碱值

　　是否存在水质测试

　　沉积物测试

　　紫外光谱

　　粘度/运动粘度测试

　　(6)、性能监控/过程变量和性能趋势/观察和监视

　　这种传统的状态监测类型涉及目视检查和使用工程师的身体感官来判断机器的运行情况。与输出跟踪和制造性能测量结合使用，工程师可以识别与预期结果的任何偏差，这可能表明设备存在问题。这些类型的检查在今天仍然很有价值，特别是当无法进行更先进的技术测试时，尽管它们依赖于一定程度的经验、记录保存和专家解释。

　　技术包括：

　　音频检查

　　停机时间分析

　　流量

　　产出或绩效趋势

　　压力

　　温度

　　触摸检查

　　视力检查

　　(7)、射线照相/辐射分析/中子射线照相

　　一些更理想的无损检测方法，这些类型的状态监测使用辐射成像来发现设备或零件的内部缺陷。这些方法基于通过材料的差异吸收或辐射，因为腐蚀区域和缺陷吸收到未受影响区域的辐射量不同。可以测量和分析吸收率以发现任何缺陷，这些技术也可用于昆虫铸件、烧结零件和焊件。

　　技术包括：

　　计算机放射线照相

　　计算机断层扫描 (CT)

　　直接射线照相

　　中子后向散射

　　中子射线照相

　　材料可靠性鉴定 (PMI)

　　(8)、热成像/温度测量/红外热成像

　　随着故障的发生，机械和零件往往会升温，这表明未对准、不平衡、润滑不良、部件磨损、机械应力或电气过热。热成像技术可以通过捕获设备发出的热辐射图案的图像来识别此类热异常，从而允许使用数据收集和分析来识别潜在的故障或部件退化。这种类型的状态监测用于识别电气连接过热、管道泄漏或压力容器缺陷等问题。

　　技术包括：

　　比较热成像

　　比较定性热成像

　　比较定量热成像

　　锁定测温

　　脉冲相位测温

　　脉冲测温

　　与温度相关的变色液体

　　与温度相关的变色油漆贴纸

　　(9)、超声波监测/声学分析/机载超声波监测

　　超声波监测技术使用高频声波来检测零件缺陷，包括泄漏、零件固定和空腔。这些方法用于设备、轴承和旋转部件，可以检测摩擦力的微小变化，而使用振动分析等技术可能会错过这些变化。这些监测方法可以为机器部件的老化提供早期预警系统，否则这些部件可能会被周围的工厂噪音和温度所掩盖。

　　技术包括：

　　声发射测试

　　声学测距

　　机载超声波

　　自动连续超声波检测

　　后壁回波衰减

　　干耦合超声波检测

　　内部旋转检查

　　远距离超声波检测

　　相控阵测试

　　飞行时间衍射

　　超声波反向散射技术

　　超声波厚度和测量

　　(10)、振动分析/动态监测

　　机器零件、轴承、转子或轴的磨损可能会导致它们以不寻常的模式振动，这些振动可以被监控、记录和分析。这些振动模式可用于识别缺陷和潜在故障，包括由于不对中、不平衡甚至设计缺陷而导致的缺陷和潜在故障。当然，自从用木棍抵住机器(如上所述)的时代以来，技术已经进步，但理论仍然基本相同!

　　技术包括：

　　冲击脉冲分析

　　宽带振动分析

　　快速傅立叶变换

　　功率谱密度 (PSD)

　　频谱图/频谱分析

　　时间波形分析

　　超声波分析

　　二、为什么机械状态监测很重要?

　　状态监测是一种经过考验的有效维护工具，正在被越来越多的行业所使用。从财务、运营和安全角度来看，状态监测系统具有重要的优势。

　　虽然状态监测解决方案可能需要一些投资，但这些费用可以通过防止因机器故障而导致代价高昂的计划外停机以及消除与根据运行时间而不是实际情况安排维护相关的不必要的维护成本来回报。

　　当与连接的系统一起使用时，状态监测允许用户充分利用计划的维护停机时间，维修多台机器并同时解决所有问题。

　　从安全角度来看，主动状态监测也很重要，因为有效的机械监测和维护可以防止事故发生。

　　三、机械状态监测设备有什么优点?

　　如上所述，状态监测为维护计划、运营成本、减少停机时间和安全性带来了好处。它允许用户确定资产是否可能发生故障、导致问题的原因以及何时可能发生故障。这使业主有时间在故障发生之前组织维护，避免计划外停机，并允许在生产计划中的合适时间安排维修。

　　因此，状态监测的优点包括：

　　1、避免意外停机

　　避免计划外停机可以为工业环境带来一系列有益的结果。通过消除计划外停机，您可以防止计划外生产延误，如果订单未按时完成并且需要支付加班费才能完成工作，则可能会导致声誉损失。此外，无需支付紧急呼叫维护人员的费用，这比预先安排的维护费用更高。

　　2、保护您的其他资产

　　机器故障可能会导致其他系统损坏，使问题进一步复杂化，同时还会增加维修或更换成本。因此，无需购买和存储大量替换资产或零件，以防发生意外故障。相反，您会收到需要更换零件的预先警告，并可以根据需要及时订购以进行定期维护。

　　3、减少不必要的维护以减少支出

　　使用状态监测作为预测性维护计划的一部分可以提高机械的稳定运转。预防性维护计划定期(即每年)或在设定的运行时间后设置，无论是否需要维护。通过状态监测，只需在需要时安排维修即可消除不必要的维护和停机时间。这意味着您可以从每台机器中获得更多工作价值，降低总拥有成本并提高设备的稳定运行。

　　4、维护更高效

　　状态监测可以通过指示故障可能所在的位置来实现更有效的维护。这意味着维护工程师在定位故障时无需检查工作部件。这不仅可以节省时间，让您的维护更快地完成，还可以节省为维护工程师浪费时间而支付的费用。

　　5、提高安全性

　　在机器损坏之前对其进行检查和维修可以保障员工的安全，并有助于确保安全的工作实践。状态监测意味着业主可以在可能对附近工作的员工构成威胁的故障发生之前计划维护。

　　6、提高资产效率

　　状态监测还可以提高资产的效率。通过记录哪些部件运行不良，您可以将效率改进工作集中在这些特定部件上，从而提高设备的整体能力。

　　四、机械状态监测设备的缺点是什么?

　　尽管状态监测有许多优点，但也存在一些缺点;特别是与状态监测系统的初始设置有关。

　　这些缺点包括：

　　1、安装费用较高

　　状态监测设备的购买和安装费用可能很高。在某些情况下，监控系统甚至可能需要修改资产以安装传感器。考虑到操作环境，还可能需要额外的传感器成本，从而进一步增加安装成本。

　　一些资产所有者可能会认为某些设备不值得投资，并且更愿意为易于维修的设备安排定期维护，甚至对非安全关键设备进行故障处理。

　　2、具备运营成本

　　状态监测所需的持续数据分析需要对员工进行培训才能实施，或者雇用具有所需知识和经验的工程师。这些都会产生额外的成本，尽管这通常可以被状态监测的许多经济效益所抵消(如上所示)。

　　3、不固定的维护计划

　　虽然状态监测为维护计划提供了许多优势，但一些操作员更喜欢简单地定期安排维护。例如，建议每六个月维修一次机器，而不是等待机器在意外的时间出现磨损迹象。然而，大多数现代状态监测技术都会对潜在故障提供预先警告，从而提供充足的时间来安排维护。

　　五、状态监测设备的应用领域

　　状态监测在整个行业中具有广泛的应用，只要有机械或设备在使用。

　　它可用于所有形式的制造，以检查机器的高 效和安全运行，防止故障以及相关的意外停机维修或更换。

　　状态监测还用于检测泄漏、气蚀或流量，例如在管理石油和天然气行业的管道、管道、压力容器和存储容器时。

　　CM技术也已应用于飞机 和老化车辆，并已在铁路行业用于 列车门控制系统的振动分析 和铁路状况监测。这些相同的技术还用于维护其他工业资产，包括海洋环境和发电行业，例如风力涡轮机 机械 和旋转部件的运行状况。

　　六、什么是在线状态监测?

　　在线状态监测用于连续监测机器或生产过程。尽管这提供了不间断的过程，但许多在线系统将在机器的关键启动和关闭期间生成大部分数据。

　　由于在线状态监测系统可以远程工作，因此可以远程检索数据并进行分析，并由外部专家进行管理。

　　当超出预设限制时，在线监控系统会发出警告。这些故障排除措施通常发生在低于固定监控系统警报值的限值。这样，它们将指示过度磨损和潜在的维护需求，而不是直接的风险。

　　通过将警报分配给专家，可以立即分析机器行为的任何变化，并在必要时采取行动。

　　七、状态监测设备结论

　　作为确保资产安全运行和提高 效率的一种方法，状态监测在整个行业中变得越来越普遍。允许定期和定向维护并消除不必要的程序可以节省时间和开支，同时还能确保满足生产计划。

　　尽管在某些情况下，预防性维护优于 CM 辅助的预测性维护，但许多资产所有者正在意识到状态监测系统的好处。

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