《过程装备监测与诊断》教学大纲-机械工程学院

课程类别：专业教育课程课程名称：过程装备监测与诊断

开课单位：机械工程学院课程编号： B03020505

总学时： 40 学分： 2

适用专业：过程装备与控制工程

先修课程：机械振动学、过程流体机械、工程测试技术、控制工程基础

一、课程在教学计划中地位和作用

本门课程是过程装备与控制工程专业一门专业教育课，是反映中北大学过程装备与控制工程专业特色的课程，也是适应现阶段该专业面向企业需求和发展方向的课程。

本门课程是在学生掌握了机械振动学基础、过程流体机械、控制工程基础与工程测试技术的基础上，进一步培养学生具有一定的过程装备维护管理、健康状态预测、故障分析处理能力，并利用现代高新科学技术和计算机硬件、软件技术，从技术角度对设备进行现代化管理的新兴学科。培养学生具有生产现场运用基本检测手段分析过程装备运行中出现故障的处理能力, 为学生毕业设计以及今后的工作打下良好的基础。

二、课程目标

1. 通过本课程的学习，培养学生将相关工程问题转化为技术问题，能够具备机械物理信号分析和机械状态识别方法分析研究的能力；

2. 能够采用适当的方法，根据所学的故障诊断原理设计一套完整的故障诊断系统，对典型设备和主要传动部件进行模式识别；

3. 通过实验学习相关软件，对旋转机械等设备的典型故障信息进行分析。

4. 学生应开拓故障诊断方法的新思路，学会采用不同于传统的、全新的现代监测与智能故障诊断技术，为以后能够更快更准确识别故障打好坚实基础。

三、课程内容及基本要求

第一章概论

本章教学要求：了解设备故障诊断的目的和意义，掌握基本的设备故障诊断的方法。

1. 了解故障诊断的意义及技术的发展；

2. 掌握计算机辅助监测诊断系统的主要环节及诊断策略；

3. 了解设备的故障类型与状态监测技术；

4. 了解设备故障状态的常用识别方法；

本章重点：故障诊断策略。

本章难点：故障诊断智能诊断系统。

第二章故障诊断的信号处理方法

本章教学要求：理解信号的时域、频域描述，掌握信号的时频分析方法。

1. 掌握故障诊断中常用信号处理的基础知识；

2. 掌握旋转机械常用的振动信号处理图形；

3. 了解信号的时频分析方法。

本章重点：故障诊断中常用的信号处理的基础知识。

本章难点：旋转机械常用的振动信号处理图形。

第三章旋转机械的故障诊断

本章教学要求：针对化工过程装备中使用广泛的旋转机械的常见故障，深入了解其故障机理、故障类型和信息特征，熟悉故障的诊断和处理方法，根据旋转机械的振动特点，运行参数的变化以及设计、安装等诸多因素，能够做出符合实际的诊断结论。

1．了解故障诊断相关概念；

2．掌握转子系统不平衡的振动特征和故障诊断方法；

3．掌握转子系统不对中的振动特征和故障诊断方法；

4．掌握滑动轴承的常见故障、故障特征和故障诊断方法；

5．掌握转子摩擦的故障机理和诊断方法；

6．掌握浮动环密封的故障机理和诊断方法，掌握流体激振故障诊断方法。

本章重点：转子系统不平衡和不对中的振动特征和故障诊断方法。

本章难点：流体激振故障诊断方法。

第四章往复式压缩机的故障诊断

本章教学要求：针对往复式压缩机结构复杂，运动零部件多，激励源多的特点，能够对压缩机进行早期的故障监测与诊断。

1．了解故障类型及原因；

2．掌握示功图及阀片运动规律的测量方法与故障特征；

3．掌握气流脉动、管道振动的诊断方法与防治措施。

本章重点：示功图及阀片运动规律的测量方法与故障特征。

本章难点：气流脉动、管道振动的诊断方法。

第五章齿轮故障诊断

本章教学要求：掌握齿轮常见故障的监测与诊断。

1．了解齿轮的常见故障；

2．掌握齿轮故障的振动特征及其诊断方法；

3．掌握齿轮故障的噪声诊断方法。

本章重点：齿轮故障的振动特征及其诊断方法。

本章难点：齿轮故障的振动特性分析。

第六章滚动轴承故障诊断

本章教学要求：掌握滚动轴承常见故障的监测与诊断。

1．了解故障形式和原因；

2．掌握滚动轴承故障的检测方法；

3．掌握滚动轴承故障的振动特征和诊断方法；

4．了解常见的案例与故障诊断系统。

本章重点：滚动轴承故障的振动特征和诊断方法。

本章难点：滚动轴承的振动特性分析。

第七章无损检测技术在设备诊断中的应用

本章教学要求：了解常用的无损检测方法的特点，能够选择合适的方法进行故障诊断。

1．了解无损检测方法；

2．掌握油样光谱和铁谱分析技术及其故障诊断方法；

3．掌握声发射技术与故障诊断方法。

本章重点：油样光谱和铁谱分析技术。

本章难点：油样光谱和铁谱分析的故障诊断方法。

第八章现代故障诊断的识别方法

本章教学要求：了解人工智能在故障诊断中的应用。

1．了解基于模糊数学的故障诊断和识别方法；

2．了解基于神经网络的故障诊断和识别方法。

本章重点：故障诊断专家系统的应用。

本章难点：模糊数学及神经网络的故障诊断。

实验一往复式压缩机的工况监测与故障诊断（2学时）

实验目的：熟悉测试中所用仪器设备的使用方法与作用，了解一般测试系统的组成，能够组建简单的测试系统。了解信号的采集与记录方法，并学会数据采集系统的操作与使用方法。掌握典型响应信号的时域曲线和频谱特性。

主要实验内容：

1．了解有缺陷的往复式压缩机在运转时因其缺陷等所产生的振动与噪声；

2．掌握对比分析方法的原理和应用。

实验二滑动轴承油膜涡动与油膜振荡诊断分析（2学时）

实验目的：了解油膜涡动、油膜振荡的原理及其危害；认识滑动轴承发生油膜涡动、油膜振荡的现象；观察转子发生油膜涡动、油膜振荡时振动幅值、轴心轨迹等变化情况。

主要实验内容：

1. 根据注意事项，连接并检查好实验仪器（大油壶内存有大量油）；

2. 固定好两个非接触位移传感器，互成90度角，调整与轴距离1mm左右；

3. 开启软件部分，打开两支传感器观测窗口以及轴心轨迹窗口，待匀速升至大约2倍一阶临界转速，观察轴心轨迹，直至出现油膜振荡现象为止；

4. 根据需要重新实验，分别采用升速、降速等方式观察油膜振荡，记录发生振荡时的幅值和转速。

实验三齿轮箱的状态监测与故障诊断（2学时）

实验目的：了解齿轮箱振动和噪声产生的机理及齿轮振动响应频谱的特点。

主要实验内容：

1．了解齿轮箱振动和噪声产生的机理及齿轮振动响应频谱的特点；

2．了解齿轮故障诊断的频谱分析法、同步平均法、共振解调法和声诊断法。并重点掌握其中的一种诊断方法。

四、学时分配

五、课程目标达成评价的途径和措施

1．考核目标：在学习机械设备故障诊断技术必要的基本知识、基本原理和方法基础上，重点考核学生对工程信号、频谱分析的掌握情况，能对典型设备和主要传动部件的故障形式有一定程度的了解，对常用诊断仪器系统的使用方法能熟练掌握，可以对机械设备开展故障诊断工作。

2．考核方式：考试、实验、作业、出勤率。

3．考核方式及对课程目标达成、评价比例见表1和表2所示。

4. 计分办法：百分制分数，满分为100分。

六、主要参考书