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。
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