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第九章 設(shè)備故障診斷技術(shù)
第一節(jié) 設(shè)備故障概述
一、故障及其分類
故障:設(shè)備(元件、零件、部件、產(chǎn)品或系統(tǒng))因某種原因喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象。
(一)按故障發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程分類
1.突發(fā)性故障
故障發(fā)生之前沒(méi)有明顯的可察征兆,具有較大的破壞性。故障的發(fā)生是設(shè)備多種內(nèi)在不利因素及偶然性環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。
為了避免突發(fā)性故障,需要對(duì)設(shè)備的重要部位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。
2.漸發(fā)性故障
由于設(shè)備中某些零件的技術(shù)指標(biāo)逐漸惡化,最終超出允許范圍(或極限)而引發(fā)的故障為漸發(fā)性故障。
漸發(fā)性故障的發(fā)生一般與磨損、腐蝕、疲勞等密切相關(guān),其特點(diǎn)是:
(1)故障一般發(fā)生在元器件有效壽命的后期;
(2)有規(guī)律,可以預(yù)防;
(3)發(fā)生概率與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間有關(guān)。
(二)按故障的性質(zhì)分類
1.自然故障:在設(shè)備運(yùn)行中,因自身的原因所造成的故障,分為正常自然故障和異常自然故障。
由于正常工作磨損等原因引起的為正常自然故障。
因設(shè)計(jì)制造不當(dāng)造成設(shè)備中存在薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障屬于異常自然故障。
2.人為故障:操作使用不當(dāng)或意外原因造成。
二、引起故障的外因
可以歸納為三個(gè)方面,即環(huán)境因素、人為因素和時(shí)間因素。
(一)環(huán)境因素:包括力、能、溫度、濕度、振動(dòng)、污染物等外界因素,這些因素將以各種能量形式對(duì)設(shè)備產(chǎn)生作用,使機(jī)件發(fā)生磨損、變形、裂紋、腐蝕等各種形式的損傷,最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。
表9-1 環(huán)境影響及引起的故障
環(huán)境因素主要影響典型故障
機(jī)械能產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊、壓力、加速度、機(jī)械應(yīng)力等機(jī)械強(qiáng)度降低、功能受影響、磨損加劇、過(guò)量變形、疲勞破壞、機(jī)件斷裂
熱能產(chǎn)生熱老化、氧化、軟化、烙化、粘性變化、固化、脆化、熱脹冷縮及熱應(yīng)力等電氣性能變化、潤(rùn)滑性能降低、機(jī)械應(yīng)力增加、磨損加劇、機(jī)械強(qiáng)度降低、腐蝕加速、熱疲勞破壞、密封性能破壞
化學(xué)能產(chǎn)生受潮、干燥、脆化、腐蝕、電蝕、化學(xué)反應(yīng)及污染等功能受影響、電氣性能下降、機(jī)械性能降低、保護(hù)層損壞、表面變質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)加劇、機(jī)件斷裂
其他能量產(chǎn)生脆化、加熱、蛻化、電離及磁化表面變質(zhì)、材料褪色、熱老化、氧化、材料的物理、化學(xué)、電氣性能發(fā)生變化
(二)人為因素。設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、使用和維修過(guò)程中,始終都包含著人為因素的作用,特別是早期故障的發(fā)生大部分可以歸因于人為因素。
1.設(shè)計(jì)不良。
2.質(zhì)量偏差(加工、裝配等)。
3.使用不當(dāng)。
三項(xiàng)人為因素中,對(duì)故障率影響最大的是使用不當(dāng)。
(三)時(shí)間因素:環(huán)境因素、人為因素是促使設(shè)備發(fā)生故障的誘因,在考慮環(huán)境因素和人為因素時(shí)需將時(shí)間因素考慮在內(nèi)。
常見(jiàn)的磨損、變形、裂紋、腐蝕等故障機(jī)理都與時(shí)間有密切關(guān)系,盡管機(jī)件中存在著故障隱患及形成故障的其他外因,如果沒(méi)有時(shí)間的延續(xù)故障不一定發(fā)生。可見(jiàn),時(shí)間也是形成故障的主要外因之一。
設(shè)備故障中,除了意外的突發(fā)性故障外,大多數(shù)屬于漸發(fā)性故障,亦即時(shí)間依存性故障。只有這類故障才為故障診斷提供可能。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷掌握故障的形成與時(shí)間的變化規(guī)律,從而可以采取有效的措施使不希望發(fā)生的變化過(guò)程減慢,推遲故障的發(fā)生和減小故障后果。
三、描述故障的特征參量
描述故障的特征參量可歸納為兩大類,即直接特征參量和間接特征參量。
1.直接特征參量
(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。
2.間接特征參量(二次效應(yīng)參數(shù)):主要是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲、溫度、電量等。
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(wú)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。
對(duì)于同一類二次效應(yīng),描述它的特征參量可以有多個(gè),如振動(dòng)可用位移、速度、加速度描述。
對(duì)于不同的故障和頻率范圍,二次效應(yīng)參數(shù)與故障判斷之間的靈敏度和有效性也不完全相同。因而在故障診斷中,就存在一個(gè)合理選擇特征參量的問(wèn)題。
用間接特征參量進(jìn)行故障診斷的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)備運(yùn)行中以及不做任何拆卸的條件下進(jìn)行診斷。其缺點(diǎn)是間接特征參量與故障間常存在某種隨機(jī)性。
第二節(jié) 設(shè)備故障診斷技術(shù)及其實(shí)施過(guò)程
一、設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過(guò)程
測(cè)取設(shè)備在運(yùn)行中或相對(duì)靜止條件下的狀態(tài)信息,通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理和分析,并結(jié)合設(shè)備的歷史狀況,定量識(shí)別設(shè)備及其零部件的技術(shù)狀態(tài),并預(yù)知有關(guān)異常、故障和預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)狀態(tài),從而確定必要的對(duì)策的技術(shù),即設(shè)備故障診斷技術(shù)。
設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過(guò)程分為狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和治理預(yù)防三個(gè)階段。
1.狀態(tài)監(jiān)測(cè)
通過(guò)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?hào)或其它物理量,再將獲取的信號(hào)輸入到信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理,以便得到能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。
信號(hào)處理系統(tǒng)主要是將有用信號(hào)(征兆或故障征兆)提取出來(lái),而將無(wú)用信號(hào)和干擾信號(hào)排除。
2.分析診斷
包括狀態(tài)識(shí)別和診斷決策,即根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)得到的能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的征兆(或特征參數(shù))的變化情況,將征兆(或特征參數(shù))與某故障狀態(tài)參數(shù)(模式)進(jìn)行比較,來(lái)識(shí)別設(shè)備是否存在故障,判斷故障的性質(zhì)和程度及產(chǎn)生的原因、發(fā)生的部位,并預(yù)測(cè)設(shè)備的性能和故障發(fā)展趨勢(shì)。
3.治理預(yù)防
根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論來(lái)確定治理修正和預(yù)防的辦法,包括調(diào)度、改變操作、更換、停機(jī)檢修等。如果認(rèn)定設(shè)備尚可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,那就需要對(duì)故障的發(fā)展情況做重點(diǎn)監(jiān)視或巡回監(jiān)視,以保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的區(qū)別與聯(lián)系
狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的基礎(chǔ)和前提;故障診斷是對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的進(jìn)一步分析和處理,診斷是目的。
設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷既有聯(lián)系又有區(qū)別,有時(shí)為了方便,統(tǒng)稱為設(shè)備故障診斷。
三、設(shè)備故障診斷技術(shù)的分類
可以按不同的方法對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行分類:
(一)按照診斷的目的、要求和條件分類
1.功能診斷和運(yùn)行診斷:功能診斷是指對(duì)新安裝或剛維修設(shè)備及部件的運(yùn)行工況和功能進(jìn)行檢測(cè)和判斷,并根據(jù)檢測(cè)與判斷的結(jié)果對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。而運(yùn)行診斷是指對(duì)正在運(yùn)行中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè),以便對(duì)異常的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行早期診斷。
2.定期診斷和連續(xù)監(jiān)測(cè): 定期診斷是指間隔一定時(shí)間對(duì)服役中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行一次常規(guī)的檢查和診斷。而連續(xù)監(jiān)測(cè)則是采用儀器儀表和計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和檢測(cè)。
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