【學習】這些設備故障診斷基礎知識，你知道多少？

07-04

　　一、描述故障的特徵參量

　　1、設備或部件的輸出參數

　　設備的輸出與輸入的關係以及輸出變數之間的關係都可以反映設備的運行狀態。

　　2、設備零部件的損傷量

　　變形量、磨損量、裂紋以及腐蝕情況等都是判斷設備技術狀態的特徵參量。

　　3、設備運轉中的二次效應參數

　　主要是設備在運行過程中產生的振動、雜訊、溫度、電量等。

　　設備或部件的輸出參數和零部件的損傷量都是故障的直接特徵參量。而二次效應參數是間接特徵參量。使用間接特徵參量進行故障診斷的優點是，可以在設備運行中並且無需拆卸的條件下進行。不足之處是間接特徵參量與故障之間的關係不是完全確定的。

　　二、故障診斷的實施過程

　　1、狀態監測

　　通過感測器採集設備在運行中的各種信息，將其轉變為電信號或其它物理量，再將獲取的信號輸入到信號處理系統進行處理。

　　2、分析診斷

　　根據監測到的能夠反映設備運行狀態的徵兆或特徵參數的變化情況或將徵兆與模式進行比較，來判斷故障的存在、性質、原因和嚴重程度以及發展趨勢。

　　3、治理預防

　　根據分析診斷得出的結論確定治理修正和預防的辦法。

　　狀態監測是故障診斷的基礎和前提;故障診斷是對監測結果的進一步分析和處理，診斷是目的。

　　三、振動測量

　　根據能否用確定的時間關係函數來描述，振動分為確定性振動和隨機振動。

　　1、振動的基本參數

振幅：振動體或質點距離平衡位置的幅度。

頻率：每秒振動的次數，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。

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是速度、速度對時間的一階導數是加速度。

　　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係求出另外的兩個物理量。

　　3、常用的測振感測器(結構和應用)

　　壓電加速度感測器是基於壓電晶體的壓電效應工作的，壓電式加速度計無需外電源，屬於能量轉換型感測器。它由壓緊彈簧、質量塊、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。靈敏度高而且穩定。

　　磁電速度感測器是基於磁電感應工作的，無需外電源也屬於能量轉換型感測器。由磁鋼、線圈、阻尼環、彈簧片、芯軸、殼體和輸出線組成。當感測器隨被測系統振動時，感測器線圈與磁場之間產生相對運動，切割磁力線而產生感應電動勢，從而輸出與振動速度成正比的電壓。

　　振動位移信號通常採用渦流位移感測器提取。由線圈、殼體和引線組成。它基於金屬體在交變磁場中的電渦流效應工作。工作時，將感測器頂端與被測對象表面之間的距離變化轉換成與之成正比的電信號。這種感測器不僅能測量一些旋轉軸系的振動、軸向位移，還能測量轉數。渦流位移感測器屬於非接觸式測量，但需要外電源，屬於能量控制型感測器。

　　4、異常振動分析方法

振動總值法：通過感測器直接測量，以表格或圖形表示趨向，並對照"異常振動判斷基準"判別設備工作是否正常。

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變為頻域信號。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變為頻域信號的儀器。

　　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，獲得信號的頻率結構和組成信號的各個諧波的幅值、相位，從而確定信號特徵。

　　振動脈衝測量法：主要用於滾動軸承的測量，以振動峰值作為判斷依據。

　　四、雜訊測量

　　雜訊：不規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，是雜訊強弱的客觀量度;頻率或頻譜表示雜訊的成分。也可以用主觀的感覺，例如響度進行測量。

　　1、雜訊的物理量度

聲壓：聲波傳播時，空氣質點隨之振動所產生的壓力波動出現的壓強增量(Pa)。

聲壓級(dB)：聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數的20倍。

聲強：單位時間內，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為底的對數的10倍--聲強級(dB)。

聲功率：聲源在單位時間內輻射出來的總聲能--聲功率(W)。

聲功率級：聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數的10倍--聲功率級(dB)。

　　2、雜訊的主觀量度

　　(1) 等響曲線

　　人耳對燥聲的感覺不僅和聲壓級有關，還和燥聲的頻率有關。

　　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係曲線。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係曲線稱為痛閾曲線，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) 計權聲級

　　聲級計利用不同線路對不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。

　　聲級計中常常採用A、B、C三個計權網路。其中，C計權網路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計權網路使低頻段的聲音在通過時有一定程度的衰減;A計權網路使聲音的低頻段有更大的衰減。雜訊測量中，若：

LC = LB = LA 時：表明雜訊的聲能主要集中在高頻段;

LC = LB>LA時：表明雜訊的聲能主要集中在中頻段;

LC > LB> LA時：表明雜訊的聲能主要集中在低頻段。

　　3、雜訊測量儀器

　　(1) 傳聲器

　　它的作用是將聲能轉換成電能。通常用膜片感受聲壓，把聲壓的變化成膜片的振動。

　　傳聲器分為三類：

壓強式，膜片感受的是聲壓;

壓差式，膜片振動取決於膜片兩側的壓差;

壓強和壓差組合式。

　　電容傳聲器：靈敏度高，動態範圍寬，輸出特性穩定，對周圍環境適應性強，外形尺寸小。

　　壓電傳聲器：結構簡單成本低，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，記錄雜訊的時間特性和測量振動。被測量的聲壓信號通過傳聲器轉換成電壓信號，經過衰減器和放大器以及計權網路等，最後由分貝表顯示。

　　4、故障的雜訊識別方法

　　可以根據雜訊信號的特徵量制定一個限值作為有無故障的標準。

　　要識別故障的性質、發生的部位以及嚴重程度，還需要提取雜訊信號作頻譜分析。

　　對雜訊判斷有絕對標準、相對標準和類比標準。三種方法分別對應於將測量所得到的雜訊信號的特徵量值和標準特徵量值、正常運行的特徵量值或同類設備相同工況時的特徵量值進行比較。

　　五、溫度測量法

　　1、測溫儀錶

　　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，可以將溫度轉換成為電量。

熱電偶式(鎳鉻-考銅、鎳鉻-鎳硅、鉑銠-鉑等)：基於熱電效應進行測量，即兩種不同材料的導體組成迴路時，若兩端溫度不同，則產生感應電動勢，其大小與材料以及兩端溫差有關。當材料確定時，熱電動勢只是被測溫度的函數而與直徑、長度無關。

　　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、信號處理系統以及顯示系統等組成。

　　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變為電能或其它能量。按照輻射響應方式的不同，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。後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光學系統匯聚、濾波、聚焦到紅外探測器上，再由光學--機械掃描系統將對象觀測面上各點的紅外輻射通量按時間順序排列，經過紅外探測器轉變為電脈衝，通過視頻信號處理送到顯示器顯示出熱像。

　　2、通過測溫測量所能發現的常見故障有軸承損壞、流體系統故障、發熱異常、污染物質積聚、保溫材料損壞、電器元件故障、非金屬部件的故障、機件內部缺陷、裂紋探測等。

　　六、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、零部件加工以及設備使用等各個階段產生。可以採用的方法有目視 - 光學檢測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、渦流探測法和聲發射探測法。

　　其中，聲發射探測法為動態檢測、在載入或運行狀態下進行;裂紋主動參與，提供裂紋活動的信息;靈敏度高、覆蓋面大、不會漏檢;但是，不能反應靜態缺陷情況。而渦流探測法：適用於導電材料表面或近表面探傷;靈敏度高，可自動顯示報警;非接觸式，可用於高溫測量對象典型零件故障診斷;可用於顯示、記錄和報警，並可估算缺陷的位置和大小。不足：深層缺陷難以探測、影響因素多、存在邊界效應。