第7章設(shè)備的故障與事故教學(xué)課件

教學(xué)內(nèi)容

重點與難點

設(shè)備故障分析方法：統(tǒng)計分析分析；分步分析法；故障樹分析法(難點)；典型事故分析法。設(shè)備事故典型調(diào)查。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握設(shè)備故障概念及其分類；學(xué)會掌握用統(tǒng)計分析分析、分步分析法、故障樹分析法(難點)和典型事故分析法分析設(shè)備故障；掌握各種設(shè)備事故的管理。河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/25概述：河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/25實際生產(chǎn)中，設(shè)備故障與設(shè)備的事故是客觀存在的。為了最大限度地提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，其中相當(dāng)重要的一點就是希望把設(shè)備故障次數(shù)降低到最低限度。減少設(shè)備故障次數(shù)，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率，可以提高產(chǎn)量，降低消耗，從而降低成本。研究設(shè)備故障，減少設(shè)備故障是從事設(shè)備管理與維修工作者的一項重要任務(wù)。7.1設(shè)備故障分類及分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/257.1.1設(shè)備的故障及分類1、設(shè)備故障的概念在《設(shè)備管理維修術(shù)語》一書中，將故障定義為“設(shè)備喪失規(guī)定的功能”。這一概念可包括如下內(nèi)容：(1)引起系統(tǒng)立即喪失其功能的破壞性故障：(2)與設(shè)備性能降低有關(guān)的性能上的故障；(3)即使設(shè)備當(dāng)時正在生產(chǎn)規(guī)定的產(chǎn)品，而當(dāng)操作者無意或蓄意使設(shè)備脫離正常的運轉(zhuǎn)時。要明確什么是故障、異常和事故，他們之間的關(guān)系是什么？事故也是一種故障，是側(cè)重安全與費用上的考慮而建立的術(shù)語，通常是指設(shè)備失去了安全的狀態(tài)或設(shè)備受到非正常損壞等。7.1.1設(shè)備的故障及分類河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、設(shè)備故障的分類設(shè)備的故障按技術(shù)性原因，可分為四大類：即磨損性故障、腐蝕性故障、斷裂性故障及老化性故障。(1)磨損性故障：由于運動部件磨損，在某一時刻超過極限值所引起的故障。概念：所謂磨損是指機械在工作過程中，互相接觸作相互運動的對偶表面，在磨擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化的現(xiàn)象。分類：按其形成機理又分為粘附磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微振磨損等四種類型。

(2)腐蝕性故障：分類：按腐蝕機理不同又可分化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕三類。化學(xué)腐蝕：金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生。7.1.1設(shè)備的故障及分類河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、設(shè)備故障的分類

(2)腐蝕性故障：電化學(xué)腐蝕：金屬與電介質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。物理腐蝕：金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接觸，使金屬某一區(qū)域不斷熔解，另一區(qū)域不斷形成的物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即物理腐蝕。在實際生產(chǎn)中，常以金屬腐蝕不同形式來分類。常見的有八種腐蝕形式，即均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、小孔腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損性腐蝕、應(yīng)力腐蝕。7.1.1設(shè)備的故障及分類河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、設(shè)備故障的分類

(3)斷裂性故障：分類：脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、塑性斷裂等。脆性斷裂：原因有由于材料性質(zhì)不均勻所引起；由于加加工工藝處理不當(dāng)所引起，如在鍛、鑄、焊、磨、熱處理等工藝過程中處理不當(dāng)，就容易產(chǎn)生脆性斷裂；由于惡劣環(huán)境所引起，如溫度過低，使材料的機械性能降低，主要是指沖擊韌性降低，因此低溫容器(－20℃以下)必須選用沖擊值大于一定值的材料，再如放射線幅射能引起材料脆化，從而引起脆性斷裂。7.1.1設(shè)備的故障及分類河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、設(shè)備故障的分類

(3)斷裂性故障：疲勞斷裂：原因有由于熱疲勞，如高溫疲勞等；機械疲勞，又分彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、接觸疲勞、復(fù)合載荷疲勞等；復(fù)雜環(huán)境下的疲勞，由于各種綜合因素共同作用所引起。應(yīng)力腐蝕斷裂：原因有一個有熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力、殘余應(yīng)力或其它外加拉應(yīng)力的設(shè)備，如果同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質(zhì)，則將使材料產(chǎn)生裂紋，并以顯著速度發(fā)展的一種開裂，如不銹鋼在氯化物介質(zhì)中的開裂，黃銅在含氨介質(zhì)中的開裂，都是應(yīng)力腐蝕。又如所謂氫脆和堿脆現(xiàn)象造成的破壞，是應(yīng)力腐蝕斷裂。塑性斷裂：塑性斷裂是由過載斷裂和撞擊斷裂所引起。(4)老化性故障：上述綜合因素作用于設(shè)備，使其性能老化所引起的故障。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/25

故障分析的方法一般有統(tǒng)計分析法、分步分析法、故障樹分析法和典型事故分析法等。1、統(tǒng)計分析法概念：通過統(tǒng)計某一設(shè)備或同類設(shè)備的零部件(如活塞、填料等)或因某方面技術(shù)問題(如腐蝕、強度等)所發(fā)生的故障，占該設(shè)備或該類設(shè)備各故障的百分比，然后分析設(shè)備故障發(fā)生的主要問題所在，為修理和經(jīng)營決策提供依據(jù)的一種故障分析法，稱為統(tǒng)計分析法。舉例：以腐蝕為例。工業(yè)發(fā)達國家都很重視腐蝕故障的經(jīng)濟損失，經(jīng)統(tǒng)計每年由于腐蝕損失達國民經(jīng)濟總值的5％。設(shè)備故障中，其腐蝕故障約占設(shè)備故障的一半以上。國外對腐蝕故障作了具體分析，得出的結(jié)論是：隨著工業(yè)的發(fā)展，腐蝕形式也發(fā)生了變化，不僅僅是壁厚減薄，或表面形成局部腐蝕，而且主要是以裂紋、微裂紋等形式出現(xiàn)了。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/251、統(tǒng)計分析法舉例：以腐蝕為例腐蝕形式一般形式腐蝕裂紋(應(yīng)力和疲勞腐蝕)晶間腐蝕局部腐蝕點蝕汽蝕浸蝕其他%3123.410.27.415.71.10.58.5表7－1美國杜邦公司統(tǒng)計資料腐蝕形式%腐蝕形式%腐蝕形式%腐蝕形式%應(yīng)力腐蝕45.6均勻腐蝕8.5疲勞腐蝕8.5其他8.0點蝕21.8晶間腐蝕4.9氫蝕3.0表7－2日本三菱化工機械公司10間的統(tǒng)計資料腐蝕形式1963-1968年/%1969-1973年/%腐蝕形式1963-1968年/%1969-1973年/%均勻腐蝕2221應(yīng)力和疲勞腐蝕4851局部腐蝕2222脆性破壞/其他3/56/5表7－3日本揮發(fā)油株式會社10間的統(tǒng)計資料7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、分步分析法---舉例

分步分析法是對設(shè)備故障的分析范圍由大到小、由粗到細(xì)逐步進行，最終必將找出故障頻率最高的設(shè)備零部件或主要故障的形成原因，并采取對策。這對大型化、連續(xù)化的現(xiàn)代工業(yè)，準(zhǔn)確地分析故障的主要原因和傾向，是很有幫助的。表7－4為美國凱洛格公司對合成氨廠停車原因的分步分析。表7－4第一步：統(tǒng)計停車及停車次數(shù)年份69-70年（22個廠）71-72年（27個廠）73-74年（30個廠）75-76年（30個廠）平均停車天數(shù)5045.54950平均停車次數(shù)9.58.510.511事故分類/年份69-70年（22個廠）71-72年（27個廠）73-74年（30個廠）75-76年（30個廠）儀表事故121.51.5電器事故10.511主要設(shè)備事故5.5566大修10.50.50.5其他50.51.52總數(shù)13.58.510.511表7－5第二步：分析停車原因/（次/年）可見：每兩次停車中,就有一次是主要設(shè)備的事故引起的。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、分步分析法---舉例主要設(shè)備名稱69-70年（22個廠）71-72年（27個廠）73-74年（30個廠）75-76年（30個廠）廢熱鍋爐2210-8爐管、上升管和集氣管19171913合成氣壓縮機13161625換熱器109811輸氣總管6-67對流段盤管5---合成塔-8--管道，閥門和法蘭--511空壓機-119-表7－6第三步：分析停車次數(shù)最多的主要設(shè)備事故/（%）7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、分步分析法---舉例由表分析7－6可算出：(1)合成氣壓縮機停車次數(shù)所占比例較高，在1975～1976年的統(tǒng)計中，高達25％。這是因為離心式合成氣壓縮機的運行條件苛刻，轉(zhuǎn)速高、壓力高、功率大、系統(tǒng)復(fù)雜。因振動較大，引起壓縮機止推環(huán)、葉片、壓縮機密封部件及增速機軸承損壞等故障出現(xiàn)。(2)上升管和集氣管的泄漏占較大的百分比(13～19％)。(3)管道、法蘭和閥門的故障占5～11％，也比較高。(4)結(jié)論：通過以上分析，發(fā)生故障的主要部位就比較清楚了，因而可以采取不同對策，來處理各種類型的故障。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法(1)故障樹分析法的產(chǎn)生與特點

從系統(tǒng)的角度來說，故障既有因設(shè)備中具體部件(硬件)的缺陷和性能惡化所引起的，也有因軟件，如自控裝置中的程序錯誤等引起的。此外，還有因為操作人員操作不當(dāng)或不經(jīng)心而引起的損壞故障。

60年代初，隨著載人宇航飛行，洲際導(dǎo)彈的發(fā)射，以及原子能、核電站的應(yīng)用等尖端和軍事科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都需要對一些極為復(fù)雜的系統(tǒng)，做出有效的可靠性與安全性評價；故障樹分析法就是在這種情況下產(chǎn)生的。故障樹的由來：

故障樹分析法簡稱FTA(FailuteTreeAnalysis)是1961年為評定美國導(dǎo)彈操縱系統(tǒng)可靠性及安全情況，由美國貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。其后，在航空和航天器的設(shè)計、維修，原子反應(yīng)堆、大型設(shè)備以及大型電子計算機系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，故障樹分析法雖還處在不斷完善的發(fā)展階段，但其應(yīng)用范圍正在不斷擴大，是一種很有前途的故障分析法。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法故障樹分析法的產(chǎn)生與特點---特點：它是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)開始，通過由邏輯符號繪制出的一個逐漸展開成樹狀的分枝圖，來分析故障事件(又稱頂端事件)發(fā)生的概率，同時也可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件等在內(nèi)。它對系統(tǒng)故障不但可以作定性的而且還可以作定量的分析；不僅可以分析由單一構(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。因為故障樹分析法使用的是一個邏輯圖，因此，不論是設(shè)計人員或是使用和維修人員都容易掌握和運用，并且由它可派生出其他專門用途的“樹”。例如，可以繪制出專用于研究維修問題的維修樹，用于研究經(jīng)濟效益及方案比較的決策樹等等。由于故障樹是一種邏輯門所構(gòu)成的邏輯圖，因此適合于用電子計算機來計算；而且對于復(fù)雜系統(tǒng)的故障樹的構(gòu)成和分析，也只有在應(yīng)用計算機的條件下才能實現(xiàn)。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法故障樹分析法的產(chǎn)生與特點---缺點：其中主要是構(gòu)造故障樹的多余量相當(dāng)繁重，難度也較大，對分析人員的要求也較高，因而限制了它的推廣和普及。在構(gòu)造故障樹時要運用邏輯運算，在其未被一般分析人員充分掌握的情況下，很容易發(fā)生錯誤和失察。例如，很有可能把重大影響系統(tǒng)故障的事件漏掉；同時，由于每個分析人員所取的研究范圍各有不同，其所得結(jié)論的可信性也就有所不同。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法(2)故障樹的構(gòu)成和頂端事件的選取

頂端事件的選取，一個給定的系統(tǒng)，可以有各種不同的故障狀態(tài)（情況)。它是所要進行分析的對象和目的。構(gòu)造故障樹是故障樹分析中最為關(guān)鍵的一步。通常要由設(shè)計人員、可靠性工作人員和使用維修人員共同合作，通過細(xì)致的綜合與分析，找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)該故障的諸因素的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系用特定的圖形符號，即事件符號與邏輯符號表示出來，成為以頂端事件為“根”向下倒長的一棵樹——故障樹。它的基本結(jié)構(gòu)及組成部分。系統(tǒng)失效（頂端事件）按由上向下順序逐級用“與門”、“或門”或其他邏輯符號來表示導(dǎo)致系統(tǒng)失效的中間事件（原因）及其相互邏輯關(guān)系在邏輯符號的上方或?qū)τ谄渌写治銎湓虻氖录镁匦巍啊酢钡氖录枺簛肀硎静⒂梦淖旨右哉f明到最后一級即不能或不需要再進一步分解的基本事件用圓形的事件符號“○”來表示導(dǎo)致系統(tǒng)失效的基本原因圖7-1故障樹的基本結(jié)構(gòu)7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法(3)故障樹用的圖形符號

用邏輯符號和事件符號，見圖7-2和圖7-3所示。圖7－2邏輯符號圖7－3事件符號7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法(3)故障樹用的圖形符號

圖7－4為一較為簡單的故障樹形式，根據(jù)它就可以從選定的系統(tǒng)故障狀態(tài)，即頂端事件開始，逐級地找出其上一級與下一級的邏輯關(guān)系，直至最后追溯到那些寢的或其故障機理及故障概率為已知的，因而不需要繼續(xù)分析的基本事件為止。這樣，就可以得出這個系統(tǒng)所有基本事件與其頂端事件之間的邏輯關(guān)系。圖7－4故障樹的形式7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法---舉例圖7－4一項軸承故障分析的典型故障樹例7-1：試分析圖7-5所示的故障樹，并列出該系統(tǒng)的故障函數(shù)。7.1.2設(shè)備故障分析方法河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/253、故障樹分析法---舉例例7-1：試分析圖7-5所示的故障樹，并列出該系統(tǒng)的故障函數(shù)。7.2設(shè)備事故的管理河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/257.2.1、設(shè)備事故的概念范圍：不論是設(shè)備自身的老化缺陷，或操作不當(dāng)?shù)韧庖?，凡造成設(shè)備損壞或發(fā)生故障后，影響生產(chǎn)或必須修理者均為設(shè)備事故。舉例：例如空壓機曲軸有砂眼，在長期交變循環(huán)載荷作用下，產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致曲軸斷裂，并造成缸體、活塞等零件同時損壞的，屬于設(shè)備事故。如因操作人員在啟動空壓機時，違反操作規(guī)程，不打開空壓機出口閥門，以致設(shè)備超壓造成設(shè)備損壞或爆破，也屬于設(shè)備事故。分類：重大設(shè)備事故；普通設(shè)備事故；微小事故。(1)重大設(shè)備事故：設(shè)備損壞嚴(yán)重，多系統(tǒng)企業(yè)影響日產(chǎn)量25%或修復(fù)費用達4000元以上者；單系統(tǒng)企業(yè)影響日產(chǎn)量50％或修復(fù)費用達4000元以上者；或雖未達到上述條件，但性質(zhì)惡劣，影響大，經(jīng)本單位群眾討論，領(lǐng)導(dǎo)同意，也可以認(rèn)為是重大事故。7.2.1設(shè)備事故的概念河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/25分類：重大設(shè)備事故；普通設(shè)備事故；微小事故。(2)普通設(shè)備事故：設(shè)備零部件損壞，以致影響到一種成品或半成品減產(chǎn)：多系統(tǒng)企業(yè)占日產(chǎn)量5％或修復(fù)費用達800元以上者；單系統(tǒng)企業(yè)占日產(chǎn)量10％，或修復(fù)費用達800元以上者。(3)微小事故：損失小于普通設(shè)備事故的，均為微小事故。事故損失金額是修復(fù)費、減產(chǎn)損失費和成品、半成品損失費之和。其中：修復(fù)包括：人工費、材料費、備品配件費以及各種附加費。減產(chǎn)損失費是以減產(chǎn)數(shù)量乘以工廠年度計劃單位成本。其中未使用的原材料一律不扣除，以便統(tǒng)一計算，但設(shè)備修復(fù)后，因能力降低而減產(chǎn)的部份可不計算。成品或半成品損失費是以損失的成品或半成品的數(shù)量乘以工廠年度計劃單位成本進了計算。7.2.2設(shè)備事故的管理河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/251、機動科對設(shè)備事故的管理機動科內(nèi)應(yīng)設(shè)專人(專職或兼職)管理全廠的設(shè)備事故。主要工作內(nèi)容為：根據(jù)政府法令和上級有關(guān)規(guī)定，并結(jié)合本企業(yè)具體情況，草擬必要的規(guī)章制度或規(guī)定；組織或參加設(shè)備事故的調(diào)查處理；研究防止發(fā)生事故的措施；配合安全科組織對機修新工人或外單位施工人員進行安全教育；經(jīng)常地對全廠職工進行防止設(shè)備事故的教育；定期總結(jié)、交流預(yù)防事故發(fā)生的措施；做好日常的事故管理工作。7.2.2設(shè)備事故的管理河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/251、機動科對設(shè)備事故的管理日常事故管理工作包括：

事故的調(diào)查、登記、統(tǒng)計和上報。設(shè)備事故情況表見表7.7。整理和保管事故檔案。進行月、季、年的設(shè)備．事故分析，研究事故的規(guī)律和防止事故發(fā)生的對策，并采取相應(yīng)措施。7.2.2設(shè)備事故的管理河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/252、車間設(shè)備事故的管理車間的設(shè)備主任、工藝員、設(shè)備員、工段長和班組長等，發(fā)現(xiàn)異常情況要及時解決，把事故消滅在發(fā)生之前。車間設(shè)備員是設(shè)備事故的具體管理者，很多工作是通過設(shè)備員進行的。生產(chǎn)車間應(yīng)積極參與事故調(diào)查。對事故取得正確結(jié)論后，應(yīng)立即采取措施，防止再次發(fā)生類似事故，并把事故的教訓(xùn)廣泛宣傳，提高安全生產(chǎn)的自覺性。3、設(shè)備事故的處理 在設(shè)備事故發(fā)生后要及時保護現(xiàn)場，盡快調(diào)查、研究分析，找出事故原因，吸取教訓(xùn)，提出防范措施，并及時提出書面報告，上報主管部門(見表7－8)，并相應(yīng)的做好事故處理和職工教育工作，以求不再發(fā)生類似事故。7.2.2設(shè)備事故的管理河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院2023/7/