第五章缺陷检验与故障诊断

第五章船机零件缺陷检验和故障诊断考试大纲:12%5.1缺陷检验方法3‘5.1.1观察法,听响法,测量法与液压试验法的应用3’5.1.2渗透探伤的原理与应用5.2故障诊断技术3‘5.2.1状态监测与故障诊断的特点,区别与应用3’5.2.2性能参数监控等方法的应用零件缺陷检验:观察法,听响法,测量法与液压试验法,渗透探伤,磁粉探伤法、射线探伤法、超声波探伤法,涡流探伤法,声发射探伤船机故障诊断:工况监测,故障诊断(性能参数分析法,油样监测,噪声监测,振动监测,红外监测)第一节船机零件的缺陷检验船机零件，尤其是重要的零件无论是制造过程中，还是使用过程中，都要进行缺陷检验。检验是为了查清零件是否有缺陷，发现缺陷对零件使用性能的影响，及早消除隐患，以保证船舶动力装置运转可靠性和船舶航行的安全性。在航行条件下，轮机员使用量具测量检查零件的尺寸和形状变化情况，用听响法、观察法和着色法等一般检验方法来判定零件的技术状态;船舶进厂修理时，对一些重要零件采用无损检验方法更细致精确地进行缺陷检验。船机零件缺陷的一般检验一般检验主要是采用一般的、传统的简易方法对零件进行检验，是靠人的感官功能(视、听、触、嗅等)或再借助一些简单量具、常用工具进行监测和判断。简单而实用，为船上广泛采用。常用量具（船上广泛采用）内、外千分尺，拐档表，塞尺。一般检验：观察法、听响法、测量法、液压试验法用液压或气压试验的方法：（0.7MPa,1.5倍工作压力）较符合工作条件,对于有较高密封性要求的零部件，检查裂纹与渗漏现象，有无内部缺陷。二、无损检验（NDT）无损检验是在不损坏检测对象的前提下，探测其内部或外表的缺陷(伤痕)的现代检测技术。许多重要设备的原材料、零部件、焊缝等必须进行必要的无损探伤，无损检验在船舶修造中也得到广泛使用，是产品质量控制和管理的重要技术手段。如对船体钢板、焊缝及重要船机零件进行渗透探伤、磁粉探伤、超声波探伤等。无损检验方法有：液体渗透法、磁粉探伤法、射线探伤法、超声波探伤法涡流探伤法。无损检验方法可以探测缺陷、给缺陷定量评价、定量测量零件物、化性能。1、液体渗透探伤液体渗透探伤原理是利用液体的流动性和渗透性以及毛细作用现象，显示零件表面上开口性的缺陷。液体渗透探伤使用设备简单，操作方便灵活，适宜现场作业，可检查各种材料和各种形状的零件，但液体渗透探伤只适于表面开口性的缺陷，不能检测零件内部的缺陷。液体渗透法的基本步骤清洗、渗透、清洗、显像和检验。按渗透剂的不同有3种煤油白粉法、着色探伤法,荧光探伤法等。着色探伤法:在船舶条件下或对大型零件局部进行渗透检验时，常使用便携式喷罐。一组便携式喷罐各装有清洗剂,渗透剂,显像剂.渗透剂含有红色颜料.显像剂由氧化锌、氧化镁、二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成，悬浮性好，显示缺陷清晰，易于辨别。有一定的渗透时间，在10一20分钟，检验效果与渗透时间有很大关系。荧光探伤:是用紫外线照射残留在零件缺陷内的荧光物质，借助荧光物质发出的荧光使缺陷显现出来。采用紫外线照射下发出黄绿色荧光的显像剂（含氧化镁、碳酸镁等）。灵敏度较高，设备简单，操作方便，需在暗室中观察，长期在紫外线下工作有损健康。渗透探伤原理（三）荧光探伤示意图荧光探伤原理2．磁粉探伤磁粉探伤又称磁力探伤，利用工件表面缺陷处形成漏磁场原理，可探测零件表面或近表面的缺陷，不宜于检查工作内部的缺陷，只适用于铁磁性材料，不能用于有色金属和奥氏体不锈钢，工件磁化的磁场方向应尽可能与缺陷的方向垂直，磁力线与缺陷垂直时，漏磁场最强，最有利于缺陷的检出。磁粉探伤原理（一）磁粉探伤原理（二）磁粉探伤原理（三）磁粉探伤原理（四）磁场方向：可分为纵向磁化、周向磁化和复合磁化。磁化电流：选用低电压大电流，一般12V以下电压，直流电产生的磁场强度大，探测深度大，可达6mm，退磁困难，交流电由于趋肤效应，只能发现距表面2mm处缺陷，零件易退磁，且设备简单，磁力探伤的零件必须退磁处理，否则会吸附铁屑加剧磨损，并影响周围仪表工作。纵向磁化周向磁化复合磁化3.超声波探伤超声波频率大于20千赫,(声波段16HZ-20KHZ)次声波小于16HZ利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射特性,可以探测零件内部的缺陷,利用压电晶体逆压电效应产生超声波，利用压电晶体正压电效应接收超声波(P62)适用于任何材料，适用于5mm—3000mm,近表面存在″盲区″:缺陷波与初始波难于区分。超声波探伤原理超声波探伤图形据CCS规定，船用大型柴油机须进行锻造曲轴—磁力探伤连杆—超声波探伤尾轴—超声波探伤船用锅炉钢管—超声波探伤3.射线探伤(类似医学照X光)主要有X射线、γ射线和中子射线3种射线易于穿透物体，在穿透物体的过程中受到吸收和散射而自身强度衰减。缺陷处和周围物质对射线衰减程度有差异，使胶片感光程度不同，因而获得反映零件内部情况的底片。通过对底片的观察可以了解缺陷的种类、大小和分布状况等，射线探伤的原理适用于所有的材料，探测厚度范围广，检验费用高，设备昂贵，射线对人体有害，需加特殊防护，焊缝和铸件等的无损检验中广泛采用。4.涡流探伤(P60)涡流探伤是一种探测金属零件或部件表面和近表面缺陷的无损探伤方法(0.11-0.20mm)，能对零件性能多种参数作出反应，对零件、组合件或整个系统进行在线或在役检验，是一种多用途的检验方法。仅适用于导电材料，对缺陷显示不直观，不适于形状复杂件,可测涂层厚度。涡流探伤原理:当载有交变电流的检测线圈靠近导电零件时,零件会感生涡流并产生次级反向磁场Hs.涡流的大小,相位及流动形式受到零件导电性能的影响,而涡流产生的反向磁场又使检测线圈的阻抗发生变化.因此,通过测定检测线圈阻抗的变化,检查缺陷.5.声发射探伤声发射检验技术是一种动态无损检验方法,当材料或构件产生应变或者缺陷有发展时才有声发射产生，是通过缺陷的动态信息来评价构件使用的安全性的。几乎不受材料的限制，金属、非金属材料都会产生声发射。各种探伤法比较(1)被检零件的材料:磁粉探伤仅适用于铁磁性材料，而其他探伤法则适用于各种材料。(2)探伤的深度:磁粉探伤、液体渗透探伤、涡流探伤和超声波表面波探伤适用于表面或近表面探伤;超声波脉冲反射法探伤、射线照相法和声发射适用于检测零件内部缺陷。(3)探伤的灵敏度:超声波脉冲反射法具有很高的灵敏度;X射线照相法、磁粉探伤、涡流探伤和荧光渗透探伤有比较高的灵敏度。(4)探测设备:射线照相法设备昂贵，检测费用高;液体着色渗透法最简单。三、故障诊断技术故障诊断是实现视情维修的先决条件。1.设备工况监测设备工况监测或称状态监测，它是通过测定机器某个较为单一的特征参数，例如温度、压力等信息，来探明机器工作状态正常与否。若特征参数在允许范围之内则状态正常，否则异常。并且依异常程度确定维修对策。一般状态监测所采用的仪器较为简单，易于操作，对操作人员的技术素质要求也不高，所以是一种简易诊断，应该说，与故障诊断技术还是有所不同的。船机状态变化必定会影响到与之相联系的各种信息。那些对故障灵敏、稳定可靠的信息被称为故障的特征参数，其是否被正确选用甚至决定诊断工作的成败。船机状态信息主要有以下3种类型:(1)机械信息主要有力、压力、转矩、弯矩、振动、声音、温度、转速等。(2)电磁信息主要有电流、电压、电磁感应密度、导磁等。(3)化学信息排烟、磨损产物、污染物等。2.故障诊断根据故障诊断技术特点不同有直观检查法、性能参数分析法、振动和噪声分析法和油液分析法等。故障诊断过程包括以下3个阶段工作:(1)信息采集(2)信息分析处理(数据处理)(3)状态识别、判断和预测状态监测与故障诊断状态监测是通过测定机器的特征参数来判断机器的工作状态船机故障诊断是在船机运转状态下,利用其外部信息来判断,识别机器的技术状态.故障诊断技术1).性能参数分析法性能参数分析法又称性能监控。利用传感器或仪器、仪表测定船机设备的各项性能参数(如温度、压力等)，经数据处理、比较和分析后判断其运行状态和趋势。轮机人员采用听、摸、看、闻等手段来了解船机设备的运行参数，如温度、油位、润滑情况等，进而通过人脑快速思维分析判断机器的运转状况和运转趋势。这种通过人的感官来了解、判断机器运转状况的方法可以说就是性能参数分析法。根据监控手段和数据处理方法的不同有以下两种:(1)图示法。(2)性能实时监控(SULERSIPWA)Sulzer柴油机活塞环磨损监控2)振动诊断船舶动力机械在运转中的振动与其运行状态之间有些密切的关系，振动信号的变化反映了机器内部状态的变化。振动监测技术包括以下内容:(1)振动信号的测取对应于低、中、高频振动信号分别选用位移、速度、加速度传感器。高频信号往往包含了机器损坏的信息，所以加速度传感器的应用最为普遍。(2)信号处理，(3)状态识别，(4)诊断决策3).噪声监测机械运行时发出的噪声的变化也反映了机器状态的改变。采集噪声信号进行信号处理、状态识别，可以实现船机故障诊断和预测。4)油液监测油液监测技术是通过对机器滑油采集的油样，利用各种手段进行检测，获得油样性能参数值和磨粒以及污染物的成分、尺寸、形貌和数量等信息，以定性和定量地判断设备的磨损状态及预测其发展趋势。润滑油监测技术包括滑油理化性能检测和油样磨粒分析。监测过程一般包括油样采集，理化性能检测和磨粒分析，取得数据，分析诊断等步骤。CCS规范中船机设备采用油液监测技术是指导性的意见。CCS规范中采用油液监测技术的船机设备有柴油机、尾轴等。CCS规范中入级船舶尾轴润滑油油样检验间隔期应不超过6个月。监测柴油机气缸套、活塞环磨损多选用油液监测技术。(1).理化性能分析P691)经验法---轮机员日常管理中的检查润滑油的理化性能指标的定性分析方法,看颜色,闻气味。2)滤纸法---定性P693)常规化验法---对滑油进行定期定量的检测分析方法。船舶柴油机润滑油应每隔3-4个月取样化验。主要检验项目有:粘度、酸值、总碱值、闪点、水分、盐分和机械杂质等。根据化验指标的变化情况和油公司的标准，综合分析润滑油的质量，对摩擦副状态进行粗略判断。(2)油样磨粒分析通过对油样磨粒和污染物的分析，判断磨损部位和严重程度，预测故障发展情况。常用的油样磨粒分析有:磁塞法、光谱分析法、铁谱分析法和颗粒计数器法。1)磁塞法磁塞法是将一种带有磁性探头的磨粒检测器，安装在润滑系统中适当部位(尽可能靠近被监测零件)，探头吸附滑油中的铁磁性磨屑。使用光学、电子显微镜或者直接用人眼对采集到的磨屑进行观察，根据磨屑的大小、数量和形貌来判断故障部位和程度。2)光谱分析法各种元素的原子和分子都具有自身特定波长的谱线，利用元素的特征谱线可以检测该种元素是否存在，而特征谱线的强度则与该种元素的含量多少有关。通过对油样的光谱分析，可以检测出油样中金属磨粒和污染物微粒的成分和含量，推断产生磨损的部位和严重程度，并据此判断机器的状态。3)铁谱分析法铁谱分析法是利用铁谱仪用高梯度强磁场从油样中分离和检测出磨粒和污染物微粒，借助光学和电子显微镜对磨粒和污染物微粒的形貌、尺寸及分布进行定性、定量分析，从而判断机器运动副表面的磨损类型、程度和部位的技术。(5).红外监测自然界中任何高于-273℃的物体都是辐射源，构成物质的原子、分子都在不停热运动，辐射电磁波，红外光是介于可见光与微波之间的电磁波。温度是表征机械电气故障的一个特征参量，同时温度还是引发机械设备故障的一个重要因素。温度与机械设备的运行状态密切相关，温度监测也因此在机械设备故障诊断的整个技术体系中占有重要的地位。温度检测约占工业检测总数的50%。红外监测是非接触式测温方法，它是利用物体的红外辐射能量与其表面温度的关系实现非接触检测温度的技术，并通过温度变化测定物体内部