企業(yè)設備培訓之六設備故障與診斷課件

1、1第6章 設備故障和診斷周劍峰1第6章 設備故障和診斷周劍峰9999福特公司在檢查設備時，曾發(fā)現一臺大型電機運轉時有異響，但毛病在哪卻無法“確診”，于是請來了斯坦門茨，斯坦門茨仔細地聽了聽，敲了敲，然后在電機外殼上畫了條線，等到技工打開電機，才果然發(fā)現毛病在那里。事后，福特公司爽然支付了1萬美元。什么？就這么聽聽敲敲就值1個萬？一時間人們議論紛紛，斯坦門茨會意，便在領款單的背面寫道：“畫一條線值1美元，知道在哪里畫值9999美元?！?999福特公司在檢查設備時，曾發(fā)現一臺大型電機運轉時有異響故障的定義 定義：機械設備在運行過程中，喪失或降低其規(guī)定的功能及不能繼續(xù)運行的現象。 （規(guī)定功能是指在設

2、備的技術文件中明確規(guī)定的功能。失效也被稱為一種故障。） 故障的定義故障的定義兩層含義：1、機械系統偏離正常功能，它的形成原因主要是因為機械系統的工作條件（含零部件）不正常而產生的，通過參數調節(jié)或零部件修復又可以恢復到正常功能。2、功能失效，是指系統連續(xù)偏離正常功能，且其程度不斷加劇，使機械設備基本功能不能保證。一般零件失效可以更換，關鍵零件失效，往往導致整機功能喪失故障的定義兩層含義：故障的分類按工作狀態(tài)分1、間歇性故障 2、永久性故障 按發(fā)生時間分1、早發(fā)性故障 2、突發(fā)性故障 3、漸進性故障 4、復合型故障按表現形式分1、功能故障 2、潛在故障按產生原因分1、人為故障 2、自然故障按造成的

3、后果分1、致命故障 2、嚴重故障 3、一般故障 4、輕度故障 故障通常不能單純的用一種類別去界定，往往是復合型的。故障的分類按工作狀態(tài)分故障的典型模式機械設備常見的故障模式異常振動、磨損、疲勞、裂紋、破裂、過度變形、腐蝕、剝離、滲漏、堵塞、松弛、熔融、蒸發(fā)、絕緣劣化、異常聲響、油質劣化、材質劣化、其它6故障的典型模式機械設備常見的故障模式67故障理論概述故障特征量故障概率7故障理論概述故障特征量8故障理論概述無故障概率：R(t)=1-F(t)故障率：8故障理論概述無故障概率：R(t)=1-F(t)9故障理論概述故障率類型常數型負指數型正指數型浴盆型9故障理論概述故障率類型機械設備故障率變化1)

4、早期故障期特點:故障率較高且故障率隨時間的增加而迅速下降原因：設計、制造、裝配等缺陷以及操作不熟練等早期故障相當于設備的安裝試車階段。設備進行大修理或技術改造后，早期故障期將再次出現。10機械設備故障率變化1)早期故障期10機械設備故障率變化早期故障期應用舉例：汽車發(fā)動機裝配工序的后段：裝配注油運轉20分鐘/同時測試下線包裝汽車下裝配線后：路試2至3公里入庫新車上路：前5000公里限速行駛-磨合飛機在制造廠的試飛：裝配測試試飛涂面漆總軍檢交付11機械設備故障率變化早期故障期應用舉例：11電子產品制造商一般通過測試、老煉、篩選等手段將早期故障盡量剔除，然后提供給客戶使用12電子產品制造商一般通過

5、測試、老煉、篩選等手段將早期故障盡量剔2）偶發(fā)故障期特點：故障率低而穩(wěn)定，近似常數，與時間t關系不大。偶然因素引起故障，由于設計制造中潛在缺陷、操作差錯、不良維護、環(huán)境等因素所致。通過調試不能消除，更換零件不能預防。時間長，約等于機器的使用期限。此時期成為設備的最佳工作期，這對應著設備的正常磨損階段。原因：使用不當、操作疏忽、潤滑不良、維護欠佳、材料隱患、工藝缺陷等偶然原因所致，沒有一種特定的失效機理主導作用，因而故障是隨機的。132）偶發(fā)故障期133）耗損(磨損)故障期為兩次大修間的正常工作時間。這段時期的特點是設備故障率急劇升高。由于大多數零部件經過長期的運轉，磨損嚴重，增加了產生故障的機

6、會。因此，應在這一時期出現前不久，進行預防維修，或在這一時期剛出現時，進行設備小修，可以防止故障大量涌現，降低故障率和維修工作量143）耗損(磨損)故障期1415故障理論概述平均故障間隔時間MTBF例：某設備第一次工作1000H后發(fā)生故障，第二次工作2000H后發(fā)生故障，第三次工作2400H發(fā)生故障，則該設備平均故障間隔時間為 (1000+2000+2400)/3=1800H15故障理論概述平均故障間隔時間MTBF例：某設備第一次工作16故障理論揭示設備在使用過程中的運動規(guī)律故障統計分析：故障宏觀理論故障物理分析：故障微觀理論，包括故障機理和故障形態(tài)兩方面16故障理論揭示設備在使用過程中的運動

7、規(guī)律17故障規(guī)律故障產生的主要原因設計制造安裝使用保養(yǎng)自然磨損環(huán)境因素人的素質管理其它17故障規(guī)律故障產生的主要原因700臺工業(yè)汽輪機故障分布率18700臺工業(yè)汽輪機故障分布率1819故障規(guī)律影響因素:影響零部件參數變化速率的因素設計規(guī)劃：對未來工作條件、可能變化考慮材料選擇：材料、材質、代用品不當制造質量：制造誤差裝配質量：間隙合理維修：修復工藝、規(guī)程正確使用：載荷、環(huán)境、保養(yǎng)、操作19故障規(guī)律影響因素:影響零部件參數變化速率的因素引起故障的外因因素來源分類20引起故障的外因因素來源分類20引起故障的外因因素來源分類2）人為因素：設計不良；質量偏差；使用不當。3）時間因素：常見的磨損、腐蝕、

8、疲勞、變形等故障都與時間有密切的關系。21引起故障的外因因素來源分類2）人為因素：21故障產生的原因（產生過程）產生故障的主要原因大體有四個方面：1）設計不完善2）原材料的缺陷3）制造過程中的缺陷4）運轉過程中的問題22故障產生的原因（產生過程）產生故障的主要原因大體有四個方面23狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述23狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述24狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述不輕易解體檢查，采用先進測試設備和科學方法，對設備進行監(jiān)測和診斷三個層次：設備運行的狀態(tài)監(jiān)測設備狀態(tài)異常時的故障診斷設備故障的早期診斷與早期預報24狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述不輕易解體檢查，采用先進測試設備和25狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述內涵：結合了機

9、械電子技術、計算機技術、傳感器技術、控制理論、信號處理、人工智能、網絡技術等作用：說明設備當前狀態(tài)說明故障部位和原因預測故障可能發(fā)展提出控制故障的措施提出設備維修的合理方法和措施對設備的設計制造提出改進意見，為全壽命管理提供依據和建議25狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述內涵：結合了機械電子技術、計算機技26狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述目標：保證可靠有效地發(fā)揮設備功能保證設備無故障運行保證設備發(fā)揮最大設計能力及時對異?；蚬收献鞒鲈\斷為優(yōu)化設計提供數據和信息26狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述目標：保證可靠有效地發(fā)揮設備功能27狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述基本結構：主要組成部分信號拾取信號處理狀態(tài)辨識、診斷診斷決策27狀態(tài)監(jiān)測與

10、故障診斷概述基本結構：主要組成部分28狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述支撐技術故障機理：設備動力學、數學、力學、物理、化學信號感知：新型傳感器、信號拾取技術信號轉換：信號處理技術狀態(tài)判別：辨識與決策技術信息傳遞：通信技術信息存儲查詢：數據庫管理、人機交互監(jiān)測與診斷的實時性：硬件實現、快速診斷與決策28狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述支撐技術29設備狀態(tài)監(jiān)測29設備狀態(tài)監(jiān)測30設備狀態(tài)監(jiān)測種類主觀監(jiān)測：以經驗為主客觀監(jiān)測：利用工具、儀器30設備狀態(tài)監(jiān)測種類31設備狀態(tài)監(jiān)測方法：針對不同檢測項目直接監(jiān)測溫度監(jiān)測振動、噪聲檢測油液分析泄漏檢測裂紋檢測腐蝕檢測31設備狀態(tài)監(jiān)測方法：針對不同檢測項目32設備狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測

11、的內容安全性：制動、傳動、防護動力性：轉速、加速、功率可靠性：異響、振動、磨損、變形經濟性：消耗、泄漏32設備狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測的內容33設備狀態(tài)監(jiān)測設備狀態(tài)監(jiān)測維修基本原則：僅當監(jiān)測結果表明檢修是必要的時候才進行檢修也稱預知維修33設備狀態(tài)監(jiān)測設備狀態(tài)監(jiān)測維修34設備故障診斷技術34設備故障診斷技術設備故障判斷與處理 故障診斷 故障診斷是根據狀態(tài)檢測所得到的信息，結合設備的工作原理、結構特點、運行參數及其歷史運行狀況，對設備有可能發(fā)生的故障進行分析、預報，對設備已經或正在發(fā)生的故障進行分析、判斷，以確定故障的性質、類別、程度、部位及趨勢，從而找出必要的對策的技術。它是一門綜合性技術，涉及多門基

12、礎學科，是對基礎理論的綜合應用。 設備故障判斷與處理 故障診斷36設備故障診斷技術含義：定量地掌握設備狀態(tài)；預測設備的可靠性和性能；若存在異常，對其原因、部位、危險程度等進行識別和評價，決定其修正方法36設備故障診斷技術含義：定量地掌握設備狀態(tài)；預測設備的可靠故障診斷的核心發(fā)生了什么類型的故障何種原因所造成的故障故障診斷的核心設備故障診斷技術主要方法：振動和噪聲故障檢測材料裂紋及缺陷損傷磨損和腐蝕38設備故障診斷技術主要方法：3839設備故障診斷技術振動和噪聲故障檢測：振動法：對振動值進行測定，與標準值進行對比特征分析法：對振動值在時域、頻域、時-頻域進行分析，確定故障的內容和性質模態(tài)分析與參

13、數識別法：利用振動量對設備零部件的模態(tài)參數進行識別，確定故障的原因和部位沖擊能量與沖擊脈沖測定法：用共振解調技術測定滾動軸承的故障聲學法：測量噪聲，了解機器運行情況39設備故障診斷技術振動和噪聲故障檢測：40設備故障診斷技術材料裂紋及缺陷損傷超聲波探傷法：檢測平面型缺陷射線探傷法：主要用X射線，檢測體積型缺陷滲透探傷法：熒光滲透和著色滲透，檢測表面缺陷磁粉探傷法：用于鐵磁性材料，探測近表面缺陷渦流探傷法：檢測封閉在材料表面下的缺陷激光全息檢測法：檢測蜂窩結構、疊層結構、高壓容器等微波檢測技術：非接觸式的無損檢測聲發(fā)射技術：對大型構件的結構完整性進行監(jiān)測40設備故障診斷技術材料裂紋及缺陷損傷41

14、設備故障診斷技術磨損和腐蝕的檢測光纖內窺技術：用特制的光纖內窺探測器觀測材料表面磨損及腐蝕情況油液分析技術：一是油液本身的物理、化學性能分析，二是油液污染程度的分析41設備故障診斷技術磨損和腐蝕的檢測42設備故障診斷技術技術基礎檢測技術：傳感器信號處理技術：濾波，變換，壓縮等模式識別：特征分析，判別預測技術：預測故障的發(fā)展故障機理：故障的形成發(fā)展，故障的形態(tài)計算機技術：記憶、儲存、運算、專家系統控制與校正技術42設備故障診斷技術技術基礎43設備故障診斷技術診斷方法分類按診斷目的和要求分：功能診斷與運行診斷定期診斷和連續(xù)診斷直接診斷和間接診斷常規(guī)工況與特殊工況診斷在線診斷和離線診斷：優(yōu)缺點43設

15、備故障診斷技術診斷方法分類44設備故障診斷技術按診斷方法的完善程度分：簡易診斷技術：利用便攜儀器或儀表，僅對有無故障及其嚴重程度作判斷精密診斷技術：使用復雜診斷設備及分析儀器，對故障性質、類別、部位、原因進行判斷和預報44設備故障診斷技術按診斷方法的完善程度分：45設備故障診斷技術按診斷對象分：旋轉機械診斷技術：燃氣輪機、風機往復機械診斷技術：泵、內燃機工程結構診斷技術：橋梁、容器運載器和裝置診斷技術：汽車、火車通訊系統診斷技術：雷達、電子工程工藝流程診斷技術：生產流程、傳送裝置45設備故障診斷技術按診斷對象分：46設備故障診斷技術按信息提取方式分函數分析法：特征信號與征兆間存在定量的函數關系

16、統計分析法：用數理統計方法由特征信號求出征兆46設備故障診斷技術按信息提取方式分47設備故障診斷技術按狀態(tài)診斷方式分對比診斷法：征兆與基準模式對比函數診斷法：征兆與狀態(tài)間存在函數關系邏輯診斷法：征兆與狀態(tài)間存在邏輯關系統計診斷法：征兆與狀態(tài)間存在統計關系模糊診斷法：利用模糊數學智能診斷法：專家系統47設備故障診斷技術按狀態(tài)診斷方式分48設備故障診斷技術工作原理信號檢測：利用傳感器采集數據特征提取：對采集的信號進行處理，提取故障特征狀態(tài)識別：把待檢模式與基準模式進行比較，區(qū)別設備的正常與異常預報決策：對異常狀態(tài)做出趨勢分析，估計發(fā)展48設備故障診斷技術工作原理49設備故障診斷技術技術原理弄清故障

17、的主要原因應力狀況掌握設備劣化、故障部位、程度及原因了解設備性能、強度、效率預測設備可靠性、使用壽命49設備故障診斷技術技術原理50設備故障診斷技術診斷過程狀態(tài)監(jiān)測(信號采集)：直接觀察，性能測定分析診斷(1)特征提?。侯l域分析、時域分析(2)狀態(tài)識別：統計模式識別，結構模式識別、專家系統治理預防50設備故障診斷技術診斷過程51設備故障診斷技術設備故障監(jiān)測方法振動監(jiān)測基本要素：振幅、頻率、相位振動監(jiān)測的傳感器：位移式傳感器，輸出電量與振動位移成正比(接觸式：電阻式，應變式；非接觸式：電容式，電渦流式)；速度式傳感器，輸出電量與振動速度成正比(接觸式：動圈式，動磁式；非接觸式：變間隙式)；加速度

18、傳感器，輸出電量與輸入加速度成正比(壓電式，應變式)51設備故障診斷技術設備故障監(jiān)測方法52設備故障診斷技術振動監(jiān)測用振動形態(tài)分析法判斷異常振動旋轉體的異常振動分4種：強制振動及共振：不平衡的離心力作為外力作用于旋轉體自激和不穩(wěn)定現象：旋轉體在接近軸的某一頻帶范圍出現滑動現象液體振動現象：泵類的旋轉機械，傳輸管道與流體形成的振動電磁振動現象：電動機或變壓器上，電磁力造成的振動可采用振動形態(tài)分析區(qū)別以上4種振動52設備故障診斷技術振動監(jiān)測53設備故障診斷技術振動監(jiān)測以振動總值法判斷異常振動：參考ISO或JIS標準用振動測試儀器，定期測量設備的振動值(通常選振動速度)，對照 “異常振動基準”，判別

19、測量值是否超過界限或極限規(guī)定值53設備故障診斷技術振動監(jiān)測54設備故障診斷技術振動監(jiān)測以頻率分析法診斷異常振動振動信號取出后再作頻率分析，可進一步查出異常原因和位置可用振動測量儀和記錄分析儀組合實現54設備故障診斷技術振動監(jiān)測55設備故障診斷技術振動監(jiān)測以振動脈沖測量法測量異常振動：滾動軸承脈沖振動儀：利用滾動軸承失效時，滾道疲勞腐蝕等原因而產生點蝕、剝落的缺陷，并不斷發(fā)展，使軸承在運轉時產生脈沖振動和噪聲變化55設備故障診斷技術振動監(jiān)測56設備故障診斷技術振動信號采集和處理振動信號采集：振動傳感器信號的確認信號的預處理56設備故障診斷技術振動信號采集和處理57設備故障診斷技術振動信號的分析波

20、形分析軌跡分析軸心位置分析頻譜分析全息分析起動和停車過程分析57設備故障診斷技術振動信號的分析58設備故障診斷技術振動判定標準絕對判斷標準：利用國際標準、國家標準、行業(yè)標準等相對判斷標準：實測值與正常初始值比較類比判斷標準：數臺機型相同、規(guī)格相同、工況相同的設備，對它們的振動情況相互比較作出判斷58設備故障診斷技術振動判定標準59設備故障診斷技術振動頻率分類與測量方位選擇頻率分類：低頻振動，中頻振動，高頻振動測量的方位：測量位置：振動的敏感點測量方向：測量互相垂直的三個方向59設備故障診斷技術振動頻率分類與測量方位選擇60設備故障診斷技術溫度監(jiān)測接觸式溫度監(jiān)測液體膨脹式溫度監(jiān)測：水銀或酒精固體

21、膨脹式溫度監(jiān)測：固體受熱膨脹壓力表式溫度計：氣體受熱膨脹電阻溫度計：利用電阻與溫度的關系熱電偶測溫計：利用兩種金屬材料的溫度差溫度指示漆、指示筆、指示片：測溫要求不高，利用顏色變化粗略判斷60設備故障診斷技術溫度監(jiān)測61設備故障診斷技術溫度監(jiān)測非接觸式溫度監(jiān)測光學高溫計：物體表面或氣體的顏色與儀器加熱燈比較測定溫度值輻射高溫計：用熱電元件來測量發(fā)熱面的輻射能紅外測溫儀：檢測物體紅外線波段的輻射能來測溫紅外熱像儀：利用物體熱輻射特性，對被測物體平面、空間以溫度分布形式的圖像在屏幕上顯示61設備故障診斷技術溫度監(jiān)測62設備故障診斷技術設備故障的診斷方法譜分析對比診斷法：頻譜分析比較狀態(tài)模型辨識診斷法隨機模型參數估計診斷法：平均狀態(tài)，瞬時狀態(tài)灰色模型關聯分析診斷法統計診斷法：貝葉斯公式模糊診斷法62設備故障診斷技術設備故障的診斷方法案例分析：往復泵異響原因分析及處理措施故障現象：2010年5月，在設備外操巡檢時發(fā)現三柱塞泵有異響較大，通知中控室準備切換。在備用泵啟起后，聲音正常，通知設備技術員情況。第二天早上對問題泵液力端檢查時發(fā)現西側液缸進液閥彈簧斷裂。原因分析：往復泵異響來源有兩種，一種是來自動力端；一種是來自液力端。動力端由曲軸、連桿、十字頭、小連桿、軸承、聯軸器和機架等組成。液力端由液缸、柱塞、閥、填料函、匯管和缸蓋等