CPV考试辅导设备故障诊断技术讲座

本讲是机电设备评估基础的第十六讲，讲述教材第8章 设备故障诊断技术。本讲的主要内容包括：设备故障的概述、设备故障诊断技术的分类及实施过程、设备故障诊断的常用方法

本讲要求：

1.了解设备故障的定义和分类；熟悉引起故障的原因；掌握描述故障的特征参量。

2.熟悉设备故障诊断技术的概念和分类；掌握故障诊断技术的实施过程；了解状态监测与故障诊断的关系。

3.掌握振动、噪声、温度、裂纹、磨损诊断技术的检测方法、常用仪器设备和应用范围。

一、设备故障的概述（了解设备故障的定义和分类；熟悉引起故障的原因；掌握描述故障的特征参量）

（一）、设备故障及其分类（一般了解）

设备因某种原因丧失规定功能的现象称为故障

1、设备故障的分类

（1）按故障发生、发展的进程分：突发性故障与渐发性故障（注意它们各自的特点）

①突发性故障是由设备的多种不利因素及偶然性环境综合作用的结果，破坏性大。

②渐发性故障与设备运转时间和材料的磨损、腐蚀、疲劳等相关

（2）、按故障的性质分类：自然故障与人为故障

（二）引起故障的外因（新增，熟悉）

外因有三：环境因素、人为因素、时间因素

1、环境因素

环境因素包括力、能、温度、振动、污染物等。

2、人为因素

①设计不良

②质量偏差

③使用不当

3、时间因素

（三）、描述故障的特征参量（新增，掌握）

描述故障的特征参量分三类

⒈设备或部件的输出参数。

⒉设备零、部件的损伤量

以上两特征为故障的直接特征参量。

⒊设备运转中的二次效应参数

二、设备故障诊断技术的分类及实施过程（熟悉设备故障诊断技术的概念和分类；掌握故障诊断技术的实施过程；了解状态监测与故障诊断的关系）

（一）、 故障诊断技术的分类（熟悉）

1、按诊断的目的、要求、条件分类
分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续监测、直接诊断和间接诊断、在线诊断和离线诊断、常规诊断和特殊诊断、简易诊断和精密诊断。掌握他们各自的特点

2、按诊断的物理参数分类：见表8-2

3、按诊断的直接对象分类：与按诊断的物理参数分类对比记忆

（二）、 故障诊断技术的实施过程（掌握）

故障诊断技术的实施过程主要包括状态监测、分析诊断和治理预防三部分。

1、状态监测：运用传感器进行监测，搜集设备运行状态的参数，包括有用信号和无用信号，排除干扰，提炼出有用信号

2、分析诊断：根据得到的特征参数的变化情况，

a.识别设备是否存在故障

b 判断故障的性质和程度及产生原因

c预测设备的性能和故障发展趋势

3、治理预防：确定治理修正和预防方法。

（三）、状态监测和故障诊断的区别与联系（了解）

1、状态监测是故障诊断的基础和前提条件。它是通过监测手段监视和测量设备或零件的运行信息和特征参数（如振动、声响、温度等等）。

2、设备故障诊断不仅要检查出设备是否发生了故障，还要对设备发生故障的部位，产生故障的原因、性质和程度等作出正确的判断。

三、设备故障诊断的常用方法（掌握振动、噪声、温度、裂纹、磨损诊断技术的检测方法、常用仪器设备和应用范围）

（一）、振动测量法（掌握）

1、振动的分类

2、振动的基本参数：常使用的基本参数有振幅、频率和相位。

p412的第2段到“可见，只要测出振动的一个参数，就可以通过微分、积分电路得到其他两个参数。”为新增

3、常用的测振传感器（掌握各自的特点、应用）

p412的倒数第2段到p413的正数第二段为止为新增。

（1）、加速度传感器：

压电式加速传感器：传感器核心是压电晶体，受力就会产生电荷。当加速度计受到振动时，内部质量块的惯性力就作用在压电晶体上产生电荷，电荷量与振动加速度成正比。是接触式测量，应用最广泛。

振动加速度计：能量转换型传感器。它直接将被测振动加速度转换成电荷量输出，而不需要电源供电。
（2）、速度传感器：（本部分内容有变化）

磁电式速度传感器：固定在弹簧上的可动线圈随机器作惯性振动时，可动线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与速度成正比的电压信号。它是能量转换型传感器，工作时不需要电源，输出信号可以不经过变换放大即可远距离传送。

应用范围：灵敏度高，适于测量微小的振动量。是接触式测量。

（3）、位移传感器：（本部分内容有变化）

涡流位移传感器：非接触式短距离测量，它不断测量传感器与被测对象的距离变化，并转换成与之成正比的电信号。它是能量控制型传感器，必须借助于电源才能将震动位移转换成电信号。

应用范围：①测量轴的转速、相位角、振动频率及运动方向②在旋转机械的平衡。

4、 异常振动分析方法（掌握）

（1）以振动总值法判别异常振动：这是一种最直接的方法，振动值可用加速度、速度或位移表示，通常都选用振动速度这个参数。

（2）以频率分析法诊断异常振动：用振动总值法能判断整机或部件的异常振动，倘若把该振动信号取出后进行频率分析，就能进一步查出异常的原因和位置。这种频率分析工作可以用普通的振动测量仪和记录分析仪组合完成，也可用专门的频谱分析仪器完成。

频谱分析仪：是一种将各种时域信号变为频域信号的分析仪器。注意前置放大器、抗混淆滤波器、A/D转化器的作用

（3）以振动脉冲测量法判断异常振动：振动脉冲测量法专门用于滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。

（二）、噪声测量法

1、 噪声的物理量度

掌握相关的概念、计算公式。对例题要熟练掌握。

（1）声压、声强与声功率

（2）分贝与声级：包括声压级与声强级

a、 声压级：声压p与基准声压之比取对数（以10 为底）值的20倍，单位为分贝，记作dB。人的“痛阈”声压20pa，声压级120dB。

b、 声强级：声强I与基准声强之比取对数（以10 为底）值的10倍。

c、 声功率级：声波功率W与基准声波功率之比取对数（以10 为底）值的10倍。
2、噪声的主观量度（新增）

（1）、等响曲线。

在各个频率下对人的听力进行实验而得出的曲线即等响曲线。图8-8。明白值的含义。比如噪声听起来与频率为1000Hz的声压级80dB的基准纯音一样响，则该噪声的响度级为80方。
（2）计权声级

声级计的频率计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路，不同的滤波线路对不同频率的声音信号实行不同程度的衰减，使得仪器的读数能近似地表达人对声音的响应。

特别注意计权网络设ABC三个网络。

计权网络：模拟人耳对不同声音的反映而设计的滤波线路，对不同频率信号作不同衰减。

C网络（LC）—对整个可听频率范围内所有频率的信号一样地通过。

B网络（LB）—它使通过信号有一定衰减，随频率降低衰减度增加。

A网络（LA）--它使通过信号有更大的衰减，随频率降低衰减度增加，低频很不敏感。

故障的噪声识别法：用声级计分别测得LA、LB、LC，就可粗略判断噪声的频率特性。

LA=LB=LC：该噪声主要集中在高频段。

LC=LB>LA：该噪声主要集中在中频段。

LC>LB>LA：该噪声主要集中在低频段。

3、噪声测量仪器

噪声测量主要是声压级、声功率级及噪声频谱的测量。所用的测量仪器包括传声器、声级计、校准器、频谱分析仪等。

4、故障的噪声识别方法

（三） 、温度测量法

1、测温仪表

a热电偶：测温范围0~1800度，理解基本工作原理

常用热电偶分为标准化热电偶和非标准化热电偶，前者性能优良，同一型号具有互换性，后者多用于特殊场合，使用范围和数量不如标准化热电偶，但是可以用于特殊场合。

b热电阻温度计:利用材料电阻率随温度变化而变化的特点制成

c红外测温仪器:利用红外线辐射原理制成。核心为红外探测器，另外还包括光学系统和信号处理系统。

常用的包括红外测温仪与红外热像仪

2、 通过温度测量所能发现的常见故障（需要掌握）

轴承损坏，表面摩擦异常，其内、外都出现温度异常升高。

流体系统故障，油温不正常升高，使相应机件表面温度异常高。
发热量异常：内燃机、加热炉等燃烧不正常，外壳表面会出现不均匀的温度分布。

污染物质积聚：管道、锅炉、烟道内污染物质积聚，改变其外表面的温度分布。

保温材料损坏。

电器元件故障，包括接触不良、元器件内部损伤，都来会异常发热。

非金属部件故障，引起热传导特性的异常。

机件内部缺陷：缺陷部位阻档热流，形成“热点”；疏散热流而形成“冷点”

裂纹探测（用红外测温技术）

（四）、裂纹的无损探测法

1、目视——光学检测法

2、渗透法：在金属表面涂上具有浸透性的某种有色液体，擦拭以后能显示裂纹。

3、磁粉法：裂纹会留下磁粉，检查后要进行退磁处理。

4、射线探测法：常用易于穿透物质的X，r射线，此种方法费用较高。

5、超声波探测法:高频超声波（1~10MHz）射入到检测物的内部，如遇到内部缺陷，则一部分射入的超声波在缺6、声发射检测法：在声发射检测中，信号是缺陷在应力作用下自发产生的，从接收到来自缺陷的声信号推知缺陷的存在和其所处状态。因为缺陷主动参与检测，这是声发射检测与其他无损检测法的区别。声发射法可更客观的评价运行中设备的安全性和可靠性。声发射检测有如下特点

（1）需对设备外加应力，

（3）灵敏度高，检查覆盖面积大，不会漏检，可以远距离监测。

（3）可在设备运行状态中进行

（4）不能反映静态缺陷情况

7、 流检测法：利用涡流裂纹探测器进行检测，原料是探测器接触裂纹时，使探测器线圈的阻抗减弱而引起电压的变化。

（五） 磨损的油液污染监测法

1、 油样光谱分析法：油样光谱分析磨屑粒度一般能在小于10微米进行取样，但不能给出磨损颗粒的尺寸、形状，因此适用于早期的、精密的磨损诊断。

2、 油样铁谱分析：能提供磨损残渣的数量、粒度、形态和成分四种参数，通过研究即可掌握有关的磨损情况。微粒<100μm

3、磁塞分析法：它是用肉眼直接观察残渣的大小、数量和形状，从而判断机器零件的磨损状态。它适用于磨粒残渣大于70微米的情况。