企业设备培训之六设备故障和诊断

1第6章设备故障和诊断周剑峰9999福特公司在检查设备时，曾发现一台大型电机运转时有异响，但毛病在哪却无法“确诊”，于是请来了斯坦门茨，斯坦门茨仔细地听了听，敲了敲，然后在电机外壳上画了条线，等到技工打开电机，才果然发现毛病在那里。事后，福特公司爽然支付了1万美元。什么？就这么听听敲敲就值1个万？一时间人们议论纷纷，斯坦门茨会意，便在领款单的背面写道：“画一条线值1美元，知道在哪里画值9999美元。”故障的定义定义：机械设备在运行过程中，丧失或降低其规定的功能及不能继续运行的现象。（规定功能是指在设备的技术文件中明确规定的功能。失效也被称为一种故障。）故障的定义两层含义：1、机械系统偏离正常功能，它的形成原因主要是因为机械系统的工作条件（含零部件）不正常而产生的，通过参数调节或零部件修复又可以恢复到正常功能。2、功能失效，是指系统连续偏离正常功能，且其程度不断加剧，使机械设备基本功能不能保证。一般零件失效可以更换，关键零件失效，往往导致整机功能丧失故障的分类按工作状态分1、间歇性故障2、永久性故障按发生时间分1、早发性故障2、突发性故障3、渐进性故障4、复合型故障按表现形式分1、功能故障2、潜在故障按产生原因分1、人为故障2、自然故障按造成的后果分1、致命故障2、严重故障3、一般故障4、轻度故障故障通常不能单纯的用一种类别去界定，往往是复合型的。故障的典型模式机械设备常见的故障模式异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破裂、过度变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松弛、熔融、蒸发、绝缘劣化、异常声响、油质劣化、材质劣化、其它67故障理论概述故障特征量故障概率dttftFt08故障理论概述无故障概率：R(t)=1-F(t)故障率：tRtft9故障理论概述故障率类型常数型负指数型正指数型浴盆型机械设备故障率变化1)早期故障期特点:故障率较高且故障率随时间的增加而迅速下降原因：设计、制造、装配等缺陷以及操作不熟练等早期故障相当于设备的安装试车阶段。设备进行大修理或技术改造后，早期故障期将再次出现。10机械设备故障率变化早期故障期应用举例：①汽车发动机装配工序的后段：装配—注油—运转20分钟/同时测试—下线—包装②汽车下装配线后：路试2至3公里—入库③新车上路：前5000公里限速行驶---磨合④飞机在制造厂的试飞：装配—测试—试飞—涂面漆—总军检—交付11电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用122）偶发故障期特点：①故障率低而稳定，近似常数，与时间t关系不大。②偶然因素引起故障，由于设计制造中潜在缺陷、操作差错、不良维护、环境等因素所致。通过调试不能消除，更换零件不能预防。③时间长，约等于机器的使用期限。此时期成为设备的最佳工作期，这对应着设备的正常磨损阶段。原因：使用不当、操作疏忽、润滑不良、维护欠佳、材料隐患、工艺缺陷等偶然原因所致，没有一种特定的失效机理主导作用，因而故障是随机的。133）耗损(磨损)故障期为两次大修间的正常工作时间。这段时期的特点是设备故障率急剧升高。由于大多数零部件经过长期的运转，磨损严重，增加了产生故障的机会。因此，应在这一时期出现前不久，进行预防维修，或在这一时期刚出现时，进行设备小修，可以防止故障大量涌现，降低故障率和维修工作量1415故障理论概述平均故障间隔时间MTBFntMTBFnii1例：某设备第一次工作1000H后发生故障，第二次工作2000H后发生故障，第三次工作2400H发生故障，则该设备平均故障间隔时间为(1000+2000+2400)/3=1800H16故障理论揭示设备在使用过程中的运动规律故障统计分析：故障宏观理论故障物理分析：故障微观理论，包括故障机理和故障形态两方面17故障规律故障产生的主要原因设计制造安装使用保养自然磨损环境因素人的素质管理其它700台工业汽轮机故障分布率1819故障规律影响因素:影响零部件参数变化速率的因素设计规划：对未来工作条件、可能变化考虑材料选择：材料、材质、代用品不当制造质量：制造误差装配质量：间隙合理维修：修复工艺、规程正确使用：载荷、环境、保养、操作引起故障的外因——因素来源分类20引起故障的外因——因素来源分类2）人为因素：①设计不良；②质量偏差；③使用不当。3）时间因素：常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。21故障产生的原因—（产生过程）产生故障的主要原因大体有四个方面：1）设计不完善2）原材料的缺陷3）制造过程中的缺陷4）运转过程中的问题2223状态监测与故障诊断概述24状态监测与故障诊断概述不轻易解体检查，采用先进测试设备和科学方法，对设备进行监测和诊断三个层次：设备运行的状态监测设备状态异常时的故障诊断设备故障的早期诊断与早期预报25状态监测与故障诊断概述内涵：结合了机械电子技术、计算机技术、传感器技术、控制理论、信号处理、人工智能、网络技术等作用：说明设备当前状态说明故障部位和原因预测故障可能发展提出控制故障的措施提出设备维修的合理方法和措施对设备的设计制造提出改进意见，为全寿命管理提供依据和建议26状态监测与故障诊断概述目标：保证可靠有效地发挥设备功能保证设备无故障运行保证设备发挥最大设计能力及时对异常或故障作出诊断为优化设计提供数据和信息27状态监测与故障诊断概述基本结构：主要组成部分信号拾取信号处理状态辨识、诊断诊断决策28状态监测与故障诊断概述支撑技术故障机理：设备动力学、数学、力学、物理、化学信号感知：新型传感器、信号拾取技术信号转换：信号处理技术状态判别：辨识与决策技术信息传递：通信技术信息存储查询：数据库管理、人机交互监测与诊断的实时性：硬件实现、快速诊断与决策29设备状态监测30设备状态监测种类主观监测：以经验为主客观监测：利用工具、仪器31设备状态监测方法：针对不同检测项目直接监测温度监测振动、噪声检测油液分析泄漏检测裂纹检测腐蚀检测32设备状态监测状态监测的内容安全性：制动、传动、防护动力性：转速、加速、功率可靠性：异响、振动、磨损、变形经济性：消耗、泄漏33设备状态监测设备状态监测维修基本原则：仅当监测结果表明检修是必要的时候才进行检修也称预知维修34设备故障诊断技术设备故障判断与处理故障诊断故障诊断是根据状态检测所得到的信息，结合设备的工作原理、结构特点、运行参数及其历史运行状况，对设备有可能发生的故障进行分析、预报，对设备已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，从而找出必要的对策的技术。它是一门综合性技术，涉及多门基础学科，是对基础理论的综合应用。36设备故障诊断技术含义：定量地掌握设备状态；预测设备的可靠性和性能；若存在异常，对其原因、部位、危险程度等进行识别和评价，决定其修正方法故障诊断的核心发生了什么类型的故障何种原因所造成的故障设备故障诊断技术主要方法：振动和噪声故障检测材料裂纹及缺陷损伤磨损和腐蚀3839设备故障诊断技术振动和噪声故障检测：振动法：对振动值进行测定，与标准值进行对比特征分析法：对振动值在时域、频域、时-频域进行分析，确定故障的内容和性质模态分析与参数识别法：利用振动量对设备零部件的模态参数进行识别，确定故障的原因和部位冲击能量与冲击脉冲测定法：用共振解调技术测定滚动轴承的故障声学法：测量噪声，了解机器运行情况40设备故障诊断技术材料裂纹及缺陷损伤超声波探伤法：检测平面型缺陷射线探伤法：主要用X射线，检测体积型缺陷渗透探伤法：荧光渗透和着色渗透，检测表面缺陷磁粉探伤法：用于铁磁性材料，探测近表面缺陷涡流探伤法：检测封闭在材料表面下的缺陷激光全息检测法：检测蜂窝结构、叠层结构、高压容器等微波检测技术：非接触式的无损检测声发射技术：对大型构件的结构完整性进行监测41设备故障诊断技术磨损和腐蚀的检测光纤内窥技术：用特制的光纤内窥探测器观测材料表面磨损及腐蚀情况油液分析技术：一是油液本身的物理、化学性能分析，二是油液污染程度的分析42设备故障诊断技术技术基础检测技术：传感器信号处理技术：滤波，变换，压缩等模式识别：特征分析，判别预测技术：预测故障的发展故障机理：故障的形成发展，故障的形态计算机技术：记忆、储存、运算、专家系统控制与校正技术43设备故障诊断技术诊断方法分类按诊断目的和要求分：功能诊断与运行诊断定期诊断和连续诊断直接诊断和间接诊断常规工况与特殊工况诊断在线诊断和离线诊断：优缺点44设备故障诊断技术按诊断方法的完善程度分：简易诊断技术：利用便携仪器或仪表，仅对有无故障及其严重程度作判断精密诊断技术：使用复杂诊断设备及分析仪器，对故障性质、类别、部位、原因进行判断和预报45设备故障诊断技术按诊断对象分：旋转机械诊断技术：燃气轮机、风机往复机械诊断技术：泵、内燃机工程结构诊断技术：桥梁、容器运载器和装置诊断技术：汽车、火车通讯系统诊断技术：雷达、电子工程工艺流程诊断技术：生产流程、传送装置46设备故障诊断技术按信息提取方式分函数分析法：特征信号与征兆间存在定量的函数关系统计分析法：用数理统计方法由特征信号求出征兆47设备故障诊断技术按状态诊断方式分对比诊断法：征兆与基准模式对比函数诊断法：征兆与状态间存在函数关系逻辑诊断法：征兆与状态间存在逻辑关系统计诊断法：征兆与状态间存在统计关系模糊诊断法：利用模糊数学智能诊断法：专家系统48设备故障诊断技术工作原理信号检测：利用传感器采集数据特征提取：对采集的信号进行处理，提取故障特征状态识别：把待检模式与基准模式进行比较，区别设备的正常与异常预报决策：对异常状态做出趋势分析，估计发展49设备故障诊断技术技术原理弄清故障的主要原因—应力状况掌握设备劣化、故障部位、程度及原因了解设备性能、强度、效率预测设备可靠性、使用寿命50设备故障诊断技术诊断过程状态监测(信号采集)：直接观察，性能测定分析诊断(1)特征提取：频域分析、时域分析(2)状态识别：统计模式识别，结构模式识别、专家系统治理预防51设备故障诊断技术设备故障监测方法振动监测基本要素：振幅、频率、相位振动监测的传感器：位移式传感器，输出电量与振动位移成正比(接触式：电阻式，应变式；非接触式：电容式，电涡流式)；速度式传感器，输出电量与振动速度成正比(接触式：动圈式，动磁式；非接触式：变间隙式)；加速度传感器，输出电量与输入加速度成正比(压电式，应变式)52设备故障诊断技术振动监测用振动形态分析法判断异常振动旋转体的异常振动分4种：强制振动及共振：不平衡的离心力作为外力作用于旋转体自激和不稳定现象：旋转体在接近轴的某一频带范围出现滑动现象液体振动现象：泵类的旋转机械，传输管道与流体形成的振动电磁振动现象：电动机或变压器上，电磁力造成的振动可采用振动形态分析区别以上4种振动53设备故障诊断技术振动监测以振动总值法判断异常振动：参考ISO或JIS标准用振动测试仪器，定期测量设备的振动值(通常选振动速度)，对照“异常振动基准”，判别测量值是否超过界限或极限规定值54设备故障诊断技术振动监测以频率分析法诊断异常振动振动信号取出后再作频率分析，可进一步查出异常原因和位置可用振动测量仪和记录分析仪组合实现55设备故障诊断技术振动监测以振动脉冲测量法测量异常振动：滚动轴承脉冲振动仪：利用滚动轴承失效时，滚道疲劳腐蚀等原因而产生点蚀、剥落的缺陷，并不断发展，使轴承在运转时产生脉冲振动和噪声变化56设备故障诊断技术振动信号采集和处理振动信号采集：振动传感器信号的确认信号的预处理57设备故障诊断技术振动信号的分析波形分析轨迹分