文档介绍：设备状态监测与故障诊断
设备的状态监测与故障诊断是指利用现代科学技术和仪器、根据设备外部信息参数的变化来判断机器内部的工作状态或机械结构的损失状况,确定故障的性质、程度、类别和部位,预报其发展趋势,并研究故障产生的机理。
状态监测与故障诊断技术是近年来国内外发展较快的一门新兴学科,它所包含的内容比较广泛,诸如机械状态量(力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量等)的监测,状态特征参数变化的辨识,机械产生振动和损伤时的原因分析、振源判断、故障预防,机械零部件使用期间的可靠性分析和剩余寿命估计等等。
设备状态监测与故障诊断技术是保障设备安全运行的基本措施之一。
一、设备故障的基本知识
1 、定义
设备故障(Fault)的一般性定义是:设备在规定时间内、规定条件下,丧失规定功能的状况。美国政府《工程项目管理人员测试性与诊断性指南》(AD-A208917)中,则把故障定义为:“造成装置、组件或元件不能按规定方式工作的一种物理状态”。在工程实例中,我们还常常听到另一个词汇:失效(Failure)。国家标准GB3187—82《可靠性基本名词术语及定义》中规定,失效是产品丧失规定的功能,对可修复产品通常称为故障。国家军用标准GJB451—90《可靠性维修性术语》指出,故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态,对某些产品称为失效。由此可见,“失效”和“故障”均为表示产品不能完成或丧失功能的现象。在实际工程中,对于“失效”和“故障”没有严格的区别,通常对于可修复产品常用“故障”,而对于不可修复产品常用“失效”。对于各种设备系统而言,其包含着大量可修复的零部件,因此常常统一用“故障”来表示各级零部件直至系统不能完成规定功能的事件。
2、设备故障分布规律
设备故障的发生、发展过程都有其客观规律。研究故障规律对制定维修策略,以及建立更加科学的维修体制都是十分有利的。
典型故障曲线——浴盆曲线
1-1典型故障曲线——浴盆曲线
通过大量的实践证明,可维修设备的故障率λ(t)随着设备使用期的延续,而呈现三个不同趋势的阶段。典型的故障率分布曲线,可参见图1-1所示的浴盆曲线(bathtub curve),它将使用维修期间的设备故障状态分为三个时间:
(1)早期故障期(0≤t<t1):是指设备安装调试过程至移交生产试用阶段。这一时期的特点是故障率由高到低。造成早期故障的原因主要是由设计、制造上的缺陷,包装、运输中的损伤,安装调试不到位,使用工人操作不****惯或尚未全部熟练掌握其性能等原因所造成的。设备处于早期故障期,其故障率开始往往很高,但通过跑合运行、故障排除和使用维修人员对设备的逐步熟悉,故障率将逐渐降低并趋于稳定,设备进入正常工作阶段。此段时间的长短,随产品、系统的设计与制造质量而异。不过,当设备进行大修理或技术改造后,早期故障期还将再次出现。
早期故障率是影响设备可靠性的一个重要因素,会使设备的平均无故障工作时间减少。从设备的总役龄来看,这段时间虽不长,但必须认真对待,否则影响新设备效能的正常发挥,对资金回收不利。对于已定型的成批生产的设备和熟练的操作人员来说,早期故障期相对较短。工程实例:攀钢二期工程新建的深井泵站在投产初期,水泵运行台时时常只有数百小时,甚至只有几十小时就必须检修,且检修1台水泵耗时近半个月。当时只能出动车间绝大部分的检修力量,不分黑天白夜的加班加点组织抢修。
(2)偶发故障期(t1≤t<t2):经过第一阶段的调试、试用后,设备的各部分机件进人正常磨损阶段,操作人员逐步掌握了设备的性能、原理和机构调整的特点。设备进入偶发故障期。在此期间故障率大致处于稳定状态,趋于定值。在此期间,故障的发生是随机的。在偶发故障期内,设备的故障率最低,而且稳定。因而可以说,这是设备的最佳状态期或称正常工作期。这个区段称为有效寿命。
偶发故障期的故障,一般是由于设备使用不当,维修不力,工作条件(负荷、环境等)变化,或者由于材料缺陷、控制失灵、结构不合理等设计、制造上存在的问题所致。故通过提高设计质量、改进使用管理、加强监视诊断与维护保养等工作,可使故障率降低到最低。对于偶发期故障,一般需要进行统计分析。为此,必须健全设备运行、故障动态和维修保养的记录,建立设备检查与生产日志等制度,对故障进行登记与分析。工程实例:上述的深井泵站在投产2~3年后,随着对设备的逐步熟悉,检修维护水平的逐步提高,设备便进入偶发故障期,这一时期水泵的大修台时普遍提高到7000h,部分甚至可到12000h以上。一般每年大修台数为2~3台,大修台时60工。相对早期故障期,工作量极大减少,目前只配备数个钳工就可完全胜任设备检修工作。
(3)耗损故障期(t2≤t):这段时期的特点是设备故障率急剧升高。此时设备经过上述