企业设备培训之六设备故障与诊断课件

1、1第6章 设备故障和诊断周剑峰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。”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

2、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定义两层含义：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

3、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。故障的分类按工作状态分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6故障的典型模式机械设备常见的故障模式67故障理论概述故障特征量故障概率7故障理论概述故障特征量8故障理论概述无故障概率：R(t)=1-F(t)故障率：8故障理论概述无故障概率：R(t)=1-F(t)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9故障理论概述故障率类型机械设备故障率变化1)

4、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1)早期故障期10机械设备故障率变化早期故障期应用举例：汽车发动机装配工序的后段：装配注油运转20分钟/同时测试下线包装汽车下装配线后：路试2至3公里入库新车上路：前5000公里限速行驶-磨合飞机在制造厂的试飞：装配测试试飞涂面漆总军检交付11机械设备故障率变化早期故障期应用举例：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电子产品制造商一般通过

5、测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔2）偶发故障期特点：故障率低而稳定，近似常数，与时间t关系不大。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。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。132）偶发故障期133）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

6、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143）耗损(磨损)故障期1415故障理论概述平均故障间隔时间MTBF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=1800H15故障理论概述平均故障间隔时间MTBF例：某设备第一次工作16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16故障理论揭示设备在使用过程中的运动

7、规律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17故障规律故障产生的主要原因700台工业汽轮机故障分布率18700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19故障规律影响因素:影响零部件参数变化速率的因素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20引起故障的外因因素来源分类2）人为因素：设计不良；质量偏差；使用不当。3）时间因素：常见的磨损、腐蚀、

8、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。21引起故障的外因因素来源分类2）人为因素：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22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23状态监测与故障诊断概述23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25状态监测与故障诊断概述内涵：结合了机

9、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27状态监测与

10、故障诊断概述基本结构：主要组成部分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28状态监测与故障诊断概述支撑技术29设备状态监测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30设备状态监测种类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31设备状态监测方法：针对不同检测项目32设备状态监测状态监测

11、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32设备状态监测状态监测的内容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33设备状态监测设备状态监测维修34设备故障诊断技术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

12、础学科，是对基础理论的综合应用。 设备故障判断与处理 故障诊断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故障诊断的核心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38设备故障诊断技术主要方法：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

13、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39设备故障诊断技术振动和噪声故障检测：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40设备故障诊断技术材料裂纹及缺陷损伤41

14、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41设备故障诊断技术磨损和腐蚀的检测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42设备故障诊断技术技术基础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43设

15、备故障诊断技术诊断方法分类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44设备故障诊断技术按诊断方法的完善程度分：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45设备故障诊断技术按诊断对象分：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

16、统计分析法：用数理统计方法由特征信号求出征兆46设备故障诊断技术按信息提取方式分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47设备故障诊断技术按状态诊断方式分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48设备故障诊断技术工作原理49设备故障诊断技术技术原理弄清故障

17、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49设备故障诊断技术技术原理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50设备故障诊断技术诊断过程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

18、传感器，输出电量与输入加速度成正比(压电式，应变式)51设备故障诊断技术设备故障监测方法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52设备故障诊断技术振动监测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

19、测量值是否超过界限或极限规定值53设备故障诊断技术振动监测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54设备故障诊断技术振动监测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55设备故障诊断技术振动监测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56设备故障诊断技术振动信号采集和处理57设备故障诊断技术振动信号的分析波

20、形分析轨迹分析轴心位置分析频谱分析全息分析起动和停车过程分析57设备故障诊断技术振动信号的分析58设备故障诊断技术振动判定标准绝对判断标准：利用国际标准、国家标准、行业标准等相对判断标准：实测值与正常初始值比较类比判断标准：数台机型相同、规格相同、工况相同的设备，对它们的振动情况相互比较作出判断58设备故障诊断技术振动判定标准59设备故障诊断技术振动频率分类与测量方位选择频率分类：低频振动，中频振动，高频振动测量的方位：测量位置：振动的敏感点测量方向：测量互相垂直的三个方向59设备故障诊断技术振动频率分类与测量方位选择60设备故障诊断技术温度监测接触式温度监测液体膨胀式温度监测：水银或酒精固体

21、膨胀式温度监测：固体受热膨胀压力表式温度计：气体受热膨胀电阻温度计：利用电阻与温度的关系热电偶测温计：利用两种金属材料的温度差温度指示漆、指示笔、指示片：测温要求不高，利用颜色变化粗略判断60设备故障诊断技术温度监测61设备故障诊断技术温度监测非接触式温度监测光学高温计：物体表面或气体的颜色与仪器加热灯比较测定温度值辐射高温计：用热电元件来测量发热面的辐射能红外测温仪：检测物体红外线波段的辐射能来测温红外热像仪：利用物体热辐射特性，对被测物体平面、空间以温度分布形式的图像在屏幕上显示61设备故障诊断技术温度监测62设备故障诊断技术设备故障的诊断方法谱分析对比诊断法：频谱分析比较状态模型辨识诊断法随机模型参数估计诊断法：平均状态，瞬时状态灰色模型关联分析诊断法统计诊断法：贝叶斯公式模糊诊断法62设备故障诊断技术设备故障的诊断方法案例分析：往复泵异响原因分析及处理措施故障现象：2010年5月，在设备外操巡检时发现三柱塞泵有异响较大，通知中控室准备切换。在备用泵启起后，声音正常，通知设备技术员情况。第二天早上对问题泵液力端检查时发现西侧液缸进液阀弹簧断裂。原因分析：往复泵异响来源有两种，一种是来自动力端；一种是来自液力端。动力端由曲轴、连杆、十字头、小连杆、轴承、联轴器和机架等组成。液力端由液缸、柱塞、阀、填料函、汇管和缸盖等