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8故障理论概述无故障概率：R(t)=1-F(t)故障率：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机械设备故故障率变化化早期故障期期应用举例例：①汽车发动动机装配工工序的后段段：装配—注油—运转20分钟/同时测试—下线—包装②汽车下装装配线后：：路试2至3公里—入库③新车上路路：前5000公里限速行行驶---磨合④飞机在制制造厂的试试飞：装配配—测试—试飞—涂面漆—总军检—交付11电子产品制制造商一般般通过测试试、老炼、、筛选等手手段将早期期故障尽量量剔除，然然后提供给给客户使用用122）偶发故障障期特点：①故障率低低而稳定，，近似常数数，与时间间t关系不大。。②偶然因素素引起故障障，由于设设计制造中中潜在缺陷陷、操作差差错、不良良维护、环环境等因素素所致。通通过调试不不能消除，，更换零件件不能预防防。③时间长，，约等于机机器的使用用期限。此时期成为为设备的最最佳工作期期，这对应应着设备的的正常磨损损阶段。原因：使用用不当、操操作疏忽、、润滑不良良、维护欠欠佳、材料料隐患、工工艺缺陷等等偶然原因因所致，没没有一种特特定的失效效机理主导导作用，因因而故障是是随机的。。133）耗损(磨损)故障期为两次大修修间的正常常工作时间间。这段时期的的特点是设设备故障率率急剧升高高。由于大多数数零部件经经过长期的的运转，磨磨损严重，，增加了产产生故障的的机会。因因此，应在在这一时期期出现前不不久，进行行预防维修修，或在这这一时期刚刚出现时，，进行设备备小修，可可以防止故故障大量涌涌现，降低低故障率和和维修工作作量1415故障理论概概述平均故障间间隔时间MTBF例：某设备备第一次工工作1000H后发生故障障，第二次次工作2000H后发生故障障，第三次次工作2400H发生故障，，则该设备备平均故障障间隔时间间为(1000+2000+2400)/3=1800H16故障理论揭示设备在在使用过程程中的运动动规律故障统计分分析：故障障宏观理论论故障物理分分析：故障障微观理论论，包括故障机理和和故障形态态两方面17故障规律故障产生的的主要原因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台工业汽轮轮机故障分分布率1819故障规律影响因素:影响零部件件参数变化化速率的因因素设计规划：：对未来工工作条件、、可能变化化考虑材料选择：：材料、材材质、代用用品不当制造质量：：制造误差差装配质量：：间隙合理维修：：修复工艺艺、规程正确使用：：载荷、环环境、保养养、操作引起故障的的外因——因素来源分分类20引起故障的的外因——因素来源分分类2）人为因素素：①设计不良良；②质量偏差差；③使用不当当。3）时间因素素：常见的磨损损、腐蚀、、疲劳、变变形等故障障都与时间间有密切的的关系。21故障产生的的原因—（产生过程程）产生故障的的主要原因因大体有四四个方面：：1）设计不完完善2）原材料的的缺陷3）制造过程程中的缺陷陷4）运转过程程中的问题题2223状态监测与与故障诊断断概述24状态监测与与故障诊断断概述不轻易解体体检查，采采用先进测测试设备和和科学方法法，对设备备进行监测测和诊断三个层次：：设备运行的的状态监测测设备状态异异常时的故故障诊断设备故障的的早期诊断断与早期预预报25状态监测与与故障诊断断概述内涵：结合合了机械电电子技术、、计算机技技术、传感感器技术、、控制理论论、信号处处理、人工工智能、网网络技术等等作用：说明设备当当前状态说明故障部部位和原因因预测故障可可能发展提出控制故故障的措施施提出设备维维修的合理理方法和措措施对设备的设设计制造提提出改进意意见，为全全寿命管理理提供依据据和建议26状态监测与与故障诊断断概述目标：保证证可靠有效效地发挥设设备功能保证设备无无故障运行行保证设备发发挥最大设设计能力及时对异常常或故障作作出诊断为优化设计计提供数据据和信息27状态监测与与故障诊断断概述基本结构：：主要组成部部分信号拾取信号处理状态辨识、、诊断诊断决策28状态监测与与故障诊断断概述支撑技术故障机理：：设备动力力学、数学学、力学、、物理、化化学信号感知：：新型传感感器、信号号拾取技术术信号转换：：信号处理理技术状态判别：：辨识与决决策技术信息传递：：通信技术术信息存储查查询：数据据库管理、、人机交互互监测与诊断断的实时性性：硬件实实现、快速速诊断与决决策29设备状态监监测30设备状态监监测种类主观监测：：以经验为为主客观监测：：利用工具具、仪器31设备状态监监测方法：针对对不同检测测项目直接监测温度监测振动、噪声声检测油液分析泄漏检测裂纹检测腐蚀检测32设备状态监监测状态监测的的内容安全性：制制动、传动动、防护动力性：转转速、加速速、功率可靠性：异异响、振动动、磨损、、变形经济性：消消耗、泄漏漏33设备状态监监测设备状态监监测维修基本原则：：仅当监测结结果表明检检修是必要要的时候才才进行检修修也称预知维维修34设备故障诊诊断技术设备故障判判断与处理理故障诊断故障诊断是是根据状态态检测所得得到的信息息，结合设设备的工作作原理、结结构特点、、运行参数数及其历史史运行状况况，对设备备有可能发发生的故障障进行分析析、预报，，对设备已已经或正在在发生的故故障进行分分析、判断断，以确定定故障的性性质、类别别、程度、、部位及趋趋势，从而而找出必要要的对策的的技术。它它是一门综综合性技术术，涉及多多门基础学学科，是对对基础理论论的综合应应用。36设备故障诊诊断技术含义：定量量地掌握设设备状态；；预测设备备的可靠性性和性能；；若存在异异常，对其其原因、部部位、危险险程度等进进行识别和和评价，决决定其修正正方法故障诊断的的核心发生了什么么类型的故故障何种原因所所造成的故故障设备故障诊诊断技术主要方法：：振动和噪声声故障检测测材料裂纹及及缺陷损伤伤磨损和腐蚀蚀3839设备故障诊诊断技术振动和噪声声故障检测测：振动法：对对振动值进进行测定，，与标准值值进行对比比特征分析法法：对振动动值在时域域、频域、、时-频域进行分分析，确定定故障的内内容和性质质模态分析与与参数识别别法：利用用振动量对对设备零部部件的模态态参数进行行识别，确确定故障的的原因和部部位冲击能量与与冲击脉冲冲测定法：：用共振解解调技术测测定滚动轴轴承的故障障声学法：测测量噪声，，了解机器器运行情况况40设备故障诊诊断技术材料裂纹及及缺陷损伤伤超声波探伤伤法：检测测平面型缺缺陷射线探伤法法：主要用用X射线，检测测体积型缺缺陷渗透探伤法法：荧光渗渗透和着色色渗透，检检测表面缺缺陷磁粉探伤法法：用于铁铁磁性材料料，探测近近表面缺陷陷涡流探伤法法：检测封封闭在材料料表面下的的缺陷激光全息检检测法：检检测蜂窝结结构、叠层层结构、高高压容器等等微波检测技技术：非接接触式的无无损检测声发射技术术：对大型型构件的结结构完整性性进行监测测41设备故障诊诊断技术磨损和腐蚀蚀的检测光纤内窥技技术：用特特制的光纤纤内窥探测测器观测材材料表面磨磨损及腐蚀蚀情况油液分析技技术：一是是油液本身身的物理、、化学性能能分析，二二是油液污污染程度的的分析42设备故障诊诊断技术技术基础检测技术：：传感器信号处理技技术：滤波波，变换，，压缩等模式识别：：特征分析析，判别预测技术：：预测故障障的发展故障机理：：故障的形形成发展，，故障的形形态计算机技术术：记忆、、储存、运运算、专家家系统控制与校正正技术43设备故障诊诊断技术诊断方法分分类按诊断目的的和要求分分：功能诊断与与运行诊断断定期诊断和和连续诊断断直接诊断和和间接诊断断常规工况与与特殊工况况诊断在线诊断和和离线诊断断：优缺点44设备故障诊诊断技术按诊断方法法的完善程程度分：简易诊断技技术：利用用便携仪器器或仪表，，仅对有无无故障及其其严重程度度作判断精密诊断技技术：使用用复杂诊断断设备及分分析仪器，，对故障性性质、类别别、部位、、原因进行行判断和预预报45设备故障诊诊断技术按诊断对象象分：旋转机械诊诊断技术：：燃气轮机机、风机往复机械诊诊断技术：：泵、内燃燃机工程结构诊诊断技术：：桥梁、容容器运载器和装装置诊断技技术：汽车车、火车通讯系统诊诊断技术：：雷达、电电子工程工艺流程诊诊断技术：：生产流程程、传送装装置46设备故障诊诊断技术按信息提取取方式分函数分析法法：特征信信号与征兆兆间存在定定量的函数数关系统计分析法法：用数理理统计方法法由特征信信号求出征征兆47设备故障诊诊断技术按状态诊断断方式分对比诊断法法：征兆与与基准模式式对比函数诊断法法：征兆与与状态间存存在函数关关系逻辑诊断法法：征兆与与状态间存存在逻辑关关系统计诊断法法：征兆与与状态间存存在统计关关系模糊诊断法法：利用模模糊数学智能诊断法法：专家系系统48设备故障诊诊断技术工作原理信号检测：：利用传感感器采集数数据特征提取：：对采集的的信号进行行处理，提提取故障特特征状态识别：：把待检模模式与基准准模式进行行比较，区区别设备的的正常与异异常预报决策：：对异常状状态做出趋趋势分析，，估计发展展49设备故障诊诊断技术技术原理弄清故障的的主要原因因—应力状况掌握设备劣劣化、故障障部位、程程度及原因因了解设备性性能、强度度、效率预测设备可可靠性、使使用寿命50设备故障诊诊断技术诊断过程状态监测(信号采集)：直接观察察，性能测测定分析诊断(1)特征提取：：频域分析析、时域分分析(2)状态识别：：统计模式式识别，结结构模式识识别、专家家系统治理预防51设备故障诊诊断技术设备故障监监测方法振动监测基本要素：：振幅、频频率、相位位振动监测的的传感器：：位移式传传感器，输输出电量与与振动位移移成正比(接触式：电电阻式，应应变式；非非接触式：：电容式，，电涡流式式)；速度式传传感器，输输出电量与与振动速度度成正比(接触式：动动圈式，动动磁式；非非接触式：：变间隙式式)；加速度传传感器，输输出电量与与输入加速速度成正比比(压电式，应应变式)52设备故障诊诊断技术振动监测用振动形态态分析法判判断异常振振动旋转体的异异常振动分分4种：强制振动及及共振：不不平衡的离离心力作为为外力作用用于旋转体体自激和不稳稳定现象：：旋转体在在接近轴的的某一频带带范围出现现滑动现象象液体振动现现象：泵类类的旋转机机械，传输输管道与流流体形成的的振动电磁振动现现象：电动动机或变压压器上，电电磁力造成成的振动可采用振动动形态分析析区别以上上4种振动53设备故障诊诊断技术振动监测以振动总值值法判断异异常振动：：参考ISO或JIS标准用振动测试试仪器，定定期测量设设备的振动动值(通常选振动动速度)，对照“异常振动基基准”，判别测量量值是否超超过界限或或极限规定定值54设备故障诊诊断技术振动监测以频率分析析法诊断异异常振动振动信号取取出后再作作频率分析析，可进一一步查出异异常原因和和位置可用振动测测量仪和记记录分析仪仪组合实现现55设备故障诊诊断技术振动监测以振动脉冲冲测量法测测量异常振振动：滚动动轴承脉冲振动仪仪：利用滚滚动轴承失失效时，滚滚道疲劳腐腐蚀等原因因而产生点点蚀、剥落落的缺陷，，并不断发发展，使轴轴承在运转转时产生脉脉冲振动和和噪声变化化56设备故障诊诊断技术振动信号采采集和处理理振动信号采采集：振动动传感器信号的确认认信号的预处处理57设备故障诊诊断技术振动信号的的分析波形分析轨迹分析轴心位置分分析频谱分析全息分析起动和停车车过程分析析58设备故障诊诊断技术振动判定标标准绝对判断标标准：利用用国际标准准、国家标标准、行业业标准等相对判断标标准：实测测值与正常常初始值比比较类比判断标标准：数台台机型相同同、规格相相同、工况况相同的设设备，对它它们的振动动情况相互互比较作出出判断59设备故障诊诊断技术振动频率分分类与测量量方位选择择频率分类：：低频振动动，中频振振动，高频频振动测量的方位位：测量位置：：振动的敏敏感点测量方向：：测量互相相垂直的三三个方向60设备故障诊诊断技术温度监测接触式温度度监测液体膨胀式式温度监测测：水银或或酒精固体膨胀式式温度监测测：固体受受热膨胀压力表式温温度计：气气体受热膨膨胀电阻温度计计：利用电电阻与温度度的关系热电偶测温温计：利用用两种金属属材料的温温度差温度指示漆漆、指示笔笔、指示片片：测温要要求不高，，利用颜色色变化粗略略判断61设备故故障诊诊断技技术温度监监测非接触触式温温度监监测光学高高温计计：物物体表表面或或气体体的颜颜色与与仪器器加热热灯比比较测测定温温度值值辐射高高温计计：用用热电电元件件来测测量发发热面面的辐辐射能能红外测测温仪仪：检检测物物体红红外线线波段段的辐辐射能能来测测温红外热热像仪仪：利利用物物体热热辐射射特性性，对对被测测物体体平面面、空空间以以温度度分布布形式式的图图像在在屏幕幕上显显示62设备故故障诊诊断技技术设备故故障的的诊断断方法法谱分析析对比比诊断断法：：频谱谱分析析比较较状态模模型辨辨识诊诊断法法随机模模型参参数估估计诊诊断法法：平平均状状态，，瞬时时状态态灰色模模型关关联分分析诊诊断法法统计诊诊断法法：贝贝叶斯斯公式式模糊诊诊断法法案例分分析：：往复复泵异异响原原因分分析及及处理理措施施故障现现象：：2010年5月，在在设备备外操操巡检检时发发现三三柱塞塞泵有有异响响较大大，通通知中中控室室准备备切换换。在在备用用泵启启起后后，声声音正正常，，通知知设备备技术术员情情况。。第二二天早早上对对问题题泵液液力端端检查查时发发现西西侧液液缸进进液阀阀弹簧簧断裂裂。原因分分析：：往复泵泵异响响来源源有两两种，，一种种是来来自动动力端端；一一种是是来自自液力力端。。动力力端由由曲轴轴、连连杆、、十字字头、、小连连杆、、轴承承、联联轴器器和机机架等等组成成。液液力端端由液液缸、、柱塞塞、阀阀、填填料函函、汇汇管和和缸盖盖等组组成。。案例分分析：：往复复泵异异响原原因分分析及及处理理措施施动力端端的异异响一一般来来自曲曲轴箱箱内或或联轴轴器处处，原原因有有：1、连杆杆大头头瓦磨磨损，，间隙隙过大大2、连杆杆小头头瓦村村套磨磨损，，间隙隙过大大3、十字字头磨磨损，，间隙隙过大大4、连杆杆螺母母松动动5、主轴轴承磨磨损6、柱塞塞与十十字头头连接接松动动7、曲轴轴轴向向间隙隙过大大，轴轴向窜窜动8、电机机与泵泵轴不不同心心9、联轴轴器损损坏64案例分分