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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)展的過程分類

1.突發(fā)性故障

故障發(fā)生之前沒有明顯的可察征兆，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，需要對設(shè)備的重要部位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

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

可以歸納為三個方面，即環(huán)境因素、人為因素和時間因素。

(一)環(huán)境因素：包括力、能、溫度、濕度、振動、污染物等外界因素，這些因素將以各種能量形式對設(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、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，對故障率影響最大的是使用不當(dāng)。

(三)時間因素：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需將時間因素考慮在內(nèi)。

常見的磨損、變形、裂紋、腐蝕等故障機(jī)理都與時間有密切關(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，如果沒有時間的延續(xù)故障不一定發(fā)生?？梢?，時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，亦即時間依存性故障。只有這類故障才為故障診斷提供可能。通過狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷掌握故障的形成與時間的變化規(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)行過程中產(chǎn)生的振動、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。

對于同一類二次效應(yīng)，描述它的特征參量可以有多個,如振動可用位移、速度、加速度描述。

對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，就存在一個合理選擇特征參量的問題。

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)施過程

一、設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程

測取設(shè)備在運(yùn)行中或相對靜止條件下的狀態(tài)信息，通過對信號的處理和分析，并結(jié)合設(shè)備的歷史狀況，定量識別設(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)測未來技術(shù)狀態(tài)，從而確定必要的對策的技術(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)施過程分為狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和治理預(yù)防三個階段。

1.狀態(tài)監(jiān)測

通過傳感器采集設(shè)備在運(yùn)行中的各種信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蚱渌锢砹?，再將獲取的信號輸入到信號處理系統(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)。

信號處理系統(tǒng)主要是將有用信號(征兆或故障征兆)提取出來，而將無用信號和干擾信號排除。

2.分析診斷

包括狀態(tài)識別和診斷決策，即根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測得到的能反映設(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，來識別設(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)測設(shè)備的性能和故障發(fā)展趨勢。

3.治理預(yù)防

根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論來確定治理修正和預(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)行一段時間，那就需要對故障的發(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)測與故障診斷的區(qū)別與聯(lián)系

狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的基礎(chǔ)和前提;故障診斷是對監(jiān)測結(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)測與故障診斷既有聯(lián)系又有區(qū)別，有時為了方便，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)行檢測和判斷，并根據(jù)檢測與判斷的結(jié)果對其進(jìn)行調(diào)整。而運(yùn)行診斷是指對正在運(yùn)行中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，以便對異常的發(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: 定期診斷是指間隔一定時間對服役中的設(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)測則是采用儀器儀表和計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)對設(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。

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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