設(shè)備故障診斷技術(shù)

1、第 九 章設(shè)備故障診斷技術(shù)掌握：描述故障的特征參量。故障診斷技術(shù)的實施過程。 壓電加速度傳感器、磁電速度傳感器、渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。常用噪聲測量傳感器（電容傳聲器、壓電傳聲器）的構(gòu)成及特點，聲級計的組成、作用及校準。常用測溫儀器、儀表（熱電偶、熱電阻溫度計、紅外測溫儀、紅外熱像儀）的組成、特點及應(yīng)用。常用的裂紋無損探測方法，如目視-光學探測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、聲發(fā)射探測法、渦流探測法等的優(yōu)、缺點及適用范圍。熟悉：引起故障的原因。 設(shè)備故障診斷技術(shù)的概念和分類。 振動測量方法；熟悉頻譜分析儀的組成、作用。 噪聲的測量方法。 通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障。

2、常用的磨損油污染監(jiān)測方法及各監(jiān)測方法的適用范圍。了解：設(shè)備故障的定義和分類。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)系。振動的分類、振動的基本參數(shù)。 描述噪聲的物理量及主觀量度。 一、描述故障的特征參量 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。 3.設(shè)備運轉(zhuǎn)中的二次效應(yīng)參數(shù)：主要是設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的振動、噪聲、溫度、電量等。 設(shè)備或部件的輸出參數(shù)和零部件的損傷量都是故障的直接特征參量。而二次效應(yīng)參數(shù)是間接特征參量。使用間接特征參量進行故障診斷的優(yōu)點是，可以在設(shè)備

3、運行中并且無需拆卸的條件下進行。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。二、設(shè)備故障診斷技術(shù)的分類三、設(shè)備故障診斷技術(shù)的實施過程1.狀態(tài)監(jiān)測：通過傳感器采集設(shè)備在運行中的各種信息，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)進行處理。 2.分析診斷：根據(jù)監(jiān)測到的能夠反映設(shè)備運行狀態(tài)的征兆或特征參數(shù)的變化情況或?qū)⒄髡着c模式進行比較，來判斷故障的存在、性質(zhì)、原因和嚴重程度以及發(fā)展趨勢。 3.治理預防：根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論確定治理修正和預防的辦法。 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)果的進一步分析和處理，診斷是目的。四、振動測量根據(jù)能否用確定的時間關(guān)

4、系函數(shù)來描述，振動分為確定性振動和隨機振動。1.振動的基本參數(shù)（1）振幅：振動體或質(zhì)點距離平衡位置的幅度。（2）頻率：每秒振動的次數(shù)，用HZ表示。周期：振動一次所需要的時間；頻率和周期互為倒數(shù)。（3）相位：表示振動部分相對與其他振動部分或固定部分所處的位置。2.振動位移對時間的一階導數(shù)是速度、速度對時間的一階導數(shù)是加速度。加速度對時間積分得速度、速度對時間積分得位移。因此，位移、速度、加速度這三者，只要測得其中之一，即可通過微分積分的關(guān)系求出另外的兩個物理量。3.常用的測振傳感器（結(jié)構(gòu)和應(yīng)用）壓電加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的，壓電式加速度計無需外電源，屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。它由壓

5、緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等部分組成，其中，壓電晶片是加速度計的核心。壓電晶體輸出電荷與振動的加速度成正比。靈敏度高而且穩(wěn)定。磁電速度傳感器是基于磁電感應(yīng)工作的，無需外電源也屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。由磁鋼 、線圈 、阻尼環(huán)、彈簧片 、芯軸 、殼體和輸出線 組成。當傳感器隨被測系統(tǒng)振動時，傳感器線圈與磁場之間產(chǎn)生相對運動，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而輸出與振動速度成正比的電壓。振動位移信號通常采用渦流位移傳感器提取。由線圈、殼體和引線組成。它基于金屬體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)工作。工作時，將傳感器頂端與被測對象表面之間的距離變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號。這種傳感器不僅能測量一些旋轉(zhuǎn)軸系的振

6、動、軸向位移，還能測量轉(zhuǎn)數(shù)。渦流位移傳感器屬于非接觸式測量，但需要外電源，屬于能量控制型傳感器。 4.異常振動分析方法振動總值法：通過傳感器直接測量，以表格或圖形表示趨向，并對照"異常振動判斷基準"判別設(shè)備工作是否正常。頻率分析法：把測量的振動信號取出進行頻率分析，再將頻譜圖與正常譜圖比較，可以找出振源、部位和嚴重程度。傅立葉變換的目的是將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號。在時域信號中，橫坐標是時間；在頻域信號中，橫坐標是頻率或圓頻率。頻率分析儀是一種將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號的儀器。頻率分析儀可以將振動信號的波形分解為各個頻率的分量，獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)和組成信號的各個諧波的幅值、相位

7、，從而確定信號特征。振動脈沖測量法：主要用于滾動軸承的測量，以振動峰值作為判斷依據(jù)。五、噪聲測量噪聲：不規(guī)則的機械振動在空氣中引起的振動波。聲壓級、聲強級和聲功率級，是噪聲強弱的客觀量度；頻率或頻譜表示噪聲的成分。也可以用主觀的感覺，例如響度進行測量。1.噪聲的物理量度（1）聲壓：聲波傳播時，空氣質(zhì)點隨之振動所產(chǎn)生的壓力波動出現(xiàn)的壓強增量（Pa）。聲壓級（dB）：聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數(shù)的20倍。（2）聲強：單位時間內(nèi)，單位面積上的聲波能量-聲強（W/）。聲強級：聲強與基準聲強之比的以10為底的對數(shù)的10倍-聲強級（dB）。（3）聲功率：聲源在單位時間內(nèi)輻射出來的總聲能-聲功率（W

8、）。聲功率級；聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數(shù)的10倍-聲功率級（dB）。2.噪聲的主觀量度（1）等響曲線人耳對燥聲的感覺不僅和聲壓級有關(guān)，還和燥聲的頻率有關(guān)。響度曲線：典型聽者感覺響度相同的純音，其聲壓級和頻率之間的關(guān)系曲線。將各個頻率下相同響度的聽閾聲壓相連而得到的曲線，即為聽閾曲線，其響度規(guī)定為0 ，所以聽閾曲線也稱為零方響度線。同理，不同頻率時，痛閾的聲壓級和頻率關(guān)系曲線稱為痛閾曲線，也稱為120方響度線。在聽閾和痛閾之間，共有13個響度級，其響度分別為0、10、20、30 110、120。同一條曲線上的各點，頻率和聲壓級不同，但響度相同。 （2）計權(quán)聲級聲級計利用不同線路對不

9、同頻率聲音實行不同程度的衰減，從而能夠近似地表達人們對聲音的感受和反映。聲級計中常常采用A、B、C三個計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。其中，C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)讓所有頻率的可聽聲音程度相同地通過，所以它代表總聲級；B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)使低頻段的聲音在通過時有一定程度的衰減；A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)使聲音的低頻段有更大的衰減。噪聲測量中，若： LC = LB = LA 時：表明噪聲的聲能主要集中在高頻段； LC = LB>LA時：表明噪聲的聲能主要集中在中頻段； LC > LB> LA時：表明噪聲的聲能主要集中在低頻段。3.噪聲測量儀器（1）傳聲器：它的作用是將聲能轉(zhuǎn)換成電能。通常用膜片感受聲壓，把聲壓的變化成膜片的振動。傳聲器分為

10、三類：壓強式，膜片感受的是聲壓；壓差式，膜片振動取決于膜片兩側(cè)的壓差；壓強和壓差組合式。 電容傳聲器：靈敏度高，動態(tài)范圍寬，輸出特性穩(wěn)定，對周圍環(huán)境適應(yīng)性強，外形尺寸小。 壓電傳聲器：結(jié)構(gòu)簡單成本低，輸出阻抗低，電容量大，靈敏度較高。性能受溫、濕度影響較大。（2）聲級計：聲級計可以用來測量聲級，進行頻譜分析，記錄噪聲的時間特性和測量振動。 被測量的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過衰減器和放大器以及計權(quán)網(wǎng)絡(luò)等，最后由分貝表顯示。4.故障的噪聲識別方法 可以根據(jù)噪聲信號的特征量制定一個限值作為有無故障的標準。要識別故障的性質(zhì)、發(fā)生的部位以及嚴重程度，還需要提取噪聲信號作頻譜分析。對噪聲判斷有

11、絕對標準、相對標準和類比標準。三種方法分別對應(yīng)于將測量所得到的噪聲信號的特征量值和標準特征量值、正常運行的特征量值或同類設(shè)備相同工況時的特征量值進行比較。 六、溫度測量法 1.測溫儀表 接觸式測溫裝置：測溫元件與被測對象直接接觸，通過熱交換進行測溫。 熱膨脹式（水銀、雙金屬、液體、氣體等）。壓力式。 熱電阻式（鉑、鎳、銅、半導體等）：材料的電阻隨溫度的變化而變化，利用這個特性，可以將溫度轉(zhuǎn)換成為電量。 熱電偶式（鎳鉻-考銅、鎳鉻-鎳硅、鉑銠-鉑等）：基于熱電效應(yīng)進行測量，即兩種不同材料的導體組成回路時，若兩端溫度不同，則產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與材料以及兩端溫差有關(guān)。當材料確定時，熱電動勢只是被

12、測溫度的函數(shù)而與直徑、長度無關(guān)。 2.非接觸式測溫裝置：輻射高溫計、光學高溫計、比色高溫計和紅外測溫儀器紅外測溫儀器由紅外探測器、紅外光學系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)等組成。常用的紅外測溫儀器有：紅外測溫儀和紅外熱像儀（可測溫度在物體表面或空間的分布情況）。紅外測溫儀器的核心是紅外探測器，它能將入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑?其它能量。按照輻射響應(yīng)方式的不同，分為光電探測器和熱敏探測器兩類。紅外光學系統(tǒng)有反射式、折射式和折-反射式。常用的紅外測溫儀器有：紅外測溫儀和紅外熱像儀。后者可以測量溫度在物體表面或空間的分布情況。被測對象的紅外輻射經(jīng)光學系統(tǒng)匯聚、濾波、聚焦到紅外探測器上，再由光學-機械掃描系統(tǒng)將對象觀測面上各點的紅外輻射通量按時間順序排列，經(jīng)過紅外探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，通過視頻信號處理送到顯示器顯示出熱像。3.通過測溫測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障有軸承損壞、流體系統(tǒng)故障、發(fā)熱異常、污染物質(zhì)積聚、保溫材料損壞、電器元件故障、非金屬部件的故障、機件內(nèi)部缺陷、裂紋探測等。七、裂紋的無損探傷法裂紋是機器零部件最嚴重的缺陷。裂紋可能在原材料生產(chǎn)、零部件加工以及設(shè)備使用等各個階段產(chǎn)生。可以采用的方法有目視 - 光學檢測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超