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第七章 机械设备的故障诊断 1第七章 机械设备的故障诊断 学习目标：通过本章学习，了解机械故障诊断技术的方法及分类；熟悉诊断参数的选择、判断标准的确定及信号采集的方法及原则；掌握常用的故障诊断方法。学习重点：1、诊断参数的选择和判断标准的确定2、故障诊断的信号采集3、油样分析法的步骤、原理及内容学习难点：常用的故障诊断方法应用。2劣化渐变过程如下：设备劣化的渐变过程3第一节设备故障概述 一、故障及其分类 （一）故障的概念：l故障就是设备因为某种原因丧失规定功能的现象。1）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统；2）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。4 （二）故障的分类 1）按故障发生、发展的过程分类l(1)突发性故障l故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的破坏性。(2)渐发性故障l是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，特点是：l故障一般发生在元器件有效寿命的后期；l有规律，可以预防；l发生概率与设备运转时间有关。第一节设备故障概述 5 2）按故障的性质分类l分为自然故障和人为故障。l(1)自然故障：设备自身原因造成。l又分正常自然故障和异常自然故障。l正常自然故障 一般具有规律性，设备正常工作磨损、腐蚀引起的故障，会对设备的自然寿命产生影响。l异常自然故障 因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。第一节设备故障概述 6 (2)人为故障：操作使用不当或意外原因造成。l为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免人为故障的结构，将人、机作为一个系统加以考虑，以有效地诊断和控制故障。第一节设备故障概述 7l可归结为三方面，环境因素、人为因素和时间因素。（一）环境因素l所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。l表7-1表示了由于机械能、热能、化学能、其他能量等环境因素引起的故障。二、引起故障的外因第一节设备故障概述 8表7-1 环境影响及引起的故障环境因素主要影响典型故障机械能机械能 产产生振生振动动、冲、冲击击、压压力、力、加速度、机械加速度、机械应应力等力等 机械机械强强度降低、功能受影响、磨度降低、功能受影响、磨损损加加剧剧、过过量量变变形、疲形、疲劳劳破坏、机件断裂破坏、机件断裂热热能能 产产生生热热老化、氧化、老化、氧化、软软化、熔化、粘性化、熔化、粘性变变化、固化、固化、脆化、化、脆化、热胀热胀冷冷缩缩及及热热应应力等力等 电电气性能气性能变变化、化、润润滑性能降低、机械滑性能降低、机械应应力增加、磨力增加、磨损损加加剧剧、机械、机械强强度降低、腐度降低、腐蚀蚀加速、加速、热热疲疲劳劳破坏、密封性能破坏破坏、密封性能破坏化学能化学能 产产生受潮、干燥、脆化、生受潮、干燥、脆化、腐腐蚀蚀、电蚀电蚀、化学反、化学反应应及及污污染等染等 功能受影响、功能受影响、电电气性能下降、机械性气性能下降、机械性能降低、保能降低、保护层损护层损坏、表面坏、表面变质变质、化学反、化学反应应加加剧剧、机械断裂、机械断裂其他能其他能量量 产产生脆化、加生脆化、加热热、蜕蜕化、化、电电离及磁化离及磁化 表面表面变质变质、材料褪色、材料褪色、热热老化、氧化、老化、氧化、材料的物理、化学、材料的物理、化学、电电气性能气性能发发生生变变化化注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。第一节设备故障概述 9 （二）人为因素l设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。1.设计不良l受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。2.质量偏差l由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，或其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。第一节设备故障概述 10 3.使用不当l一台设备，在其整个生存周期内合理的运输和保管条件、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故障率将产生很大影响。l这三项人为因素中，对故障率影响最大的人为因素是使用不当。第一节设备故障概述 11 （三）时间因素l环境因素、人为因素是促使设备发生故障的诱因，在考虑环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。l常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，时间也是形成故障的主要外因之一。l在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故障诊断提供了可能。第一节设备故障概述 12何谓设备故障诊断技术?所谓设备故障诊断技术是指在设备运行中或基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行技术状况，预测设备的可靠性，或判断设备故障的部位和原因，即人们常说的动态诊断或在线诊断。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程13.原始的诊断技术 用手摸，以测定它的温度是否过高，振动是否过大；用耳听，以判别运动部件是否有异声等等，这种凭人们的感觉、听觉和人们的经验对机器设备的健康进行诊断的方法，我们把它叫做传统的诊断技术-或叫做原始的诊断技术。现代的诊断技术 现代的诊断技术是指应用最新的现代化仪器设备和电子计算机系统等当代的最新技术来检查和识别机械设备及其零部件的实时技术状态，诊断它是否健康的技术。现在我们所说的诊断技术就是指这种现代诊断技术。14 一、设备故障诊断的实施过程l测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要的对策。信号采集特征提取状态识别诊断决策l诊断技术划分为三个阶段：状态监测，分析诊断，治理预防。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程15第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程16 （一）状态监测l通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为电信号或者其他信号，再把这个信号送到信号处理系统进行处理。l信号处理系统主要就是把有用信号提取出来，而把无用信号、干扰信号排除。（二）分析诊断包括状态识别和诊断决策两个部分，状态识别就是把这些参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以做出诊断结果，即分析诊断。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程17l（三）治理预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修等等。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程18 二、状态监测与故障诊断的区别与联系l状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程19 三、设备故障诊断技术的分类l有三种分类方法：（一）按照诊断的目的、要求和条件分类l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等等。l 1.功能诊断和运行诊断l功能诊断主要是针对新安装的设备或刚刚维修过的设备，而运行诊断更多是起到状态监测的功能。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程20l2.定期诊断和连续监测3.直接诊断和间接诊断l直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态，例如轴承间隙、齿面磨损.直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。l间接诊断是通过设备运行中的二次效应参数来间接判断关键零部件的状态变化。由于多数二次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中出现伪警或漏检的可能性会增加。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程21 4.在线诊断和离线诊断l在线是指对现场正在运行设备的自动实时监测；l而离线监测是利用磁带记录仪等将现场的状态信号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断或通过网络进行的诊断。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程22 5.常规诊断和特殊诊断l常规诊断是在设备正常服役条件下进行的诊断，大多数诊断属于这一类型诊断。l但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来采集信号，例如，动力机组的起动和停机过程要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速采集起动和停机过程中的振动信号，停车对诊断其故障是必须的，所要求的振动信号在常规诊断中是采集不到的，因而需要采用特殊诊断。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程23 6.简易诊断和精密诊断l简易诊断一般由现场作业人员进行。凭着听、摸、看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确定设备是否处于正常状态。l精密诊断一般要由专业人员来实施。采用先进的传感器采集现场信号，然后采用精密诊断仪器和各种先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程24 （二）按诊断的物理参数分类l振动、声学、温度、污染、无损诊断、压力诊断等，都是按物理参数分类。诊断技术名称状态检测参数振动诊断技术平衡振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数声学诊断技术噪声、声阻、超声以及发射等温度诊断技术温度、温差、温度场以及热象等污染诊断技术气、液、固体的成分变化，泄漏及残留物等无损诊断技术裂纹、变形、斑点及色泽等压力诊断技术压差、压力及压力脉动等强度诊断技术力、扭矩、应力及应变等电参数诊断技术电信号、功率及磁特性等趋向诊断技术设备的各种技术性能指标综合诊断技术各种物理参数的组合与交叉表7-2 按诊断的物理参数分类 第二节 设备故障诊断技术 及其实施过程25 （三）按照按诊断的直接对象分类l各种不同的对象，诊断方法、诊断的技术、诊断的设备都有很大区别，按照机械零件、液压系统、旋转机械、往复机械、工程结构等来进行区分。表7-3 按直接诊断对象分类诊断技术名称直接诊断对象机械零件诊断技术齿轮、轴承、转轴、钢丝绳、连接件等液压系统诊断技术泵、阀、液压元件及液压系统等旋转机械诊断技术转子、轴承、叶轮、风机、泵、离心机、汽轮发电机组及水轮发电机组等往复机械诊断技术内燃机、压气机、活塞及曲柄连杆机构等工程结构诊断技术金属结构、框架、桥梁、容器、建筑物、静止电气设备等工艺流程诊断技术各种生产工艺过程生产系统诊断技术各种生产系统、生产线电器设备诊断技术发电机、电动机、变压器、开关电器26一、诊断参数的选择（一）诊断参数选择原则（）诊断参数的多能性（）诊断参数的灵敏性（）诊断参数应呈单值性（）诊断参数的稳定性（）诊断参数应具有一定的物理意义，应能量化，即可以用数字表示。旋转机械、金属切削机床常用的诊断参数有：功率、噪音、振动频率及相位、温度以及被切削零件的几何精度和表面粗糙度等。第三节 设备故障诊断参数27二、诊断参数获得方法的选择（）测试仪器要安装方便，测试手段简单可靠。（）测量方法能获得较高的信噪比。（）测量方法应尽量采用直接测量。（）保证适宜的测量误差值。第三节 设备故障诊断参数28三、诊断周期的确定 对定期诊断的机器，需要确定其诊断周期。诊断周期的确定与设备的劣化速度有关。测量周期一般根据机器两次故障之间的平均运行时间确定。为了获得理想的预测能力，在一个平均运行周期内至少应该测量次。如果一旦发现测定数据的变化征兆，就应开始缩短测定周期。例如当高速旋转体异变后可能立即造成机器的故障，则需进行实时监测。第三节 设备故障诊断参数29四、诊断标准的确定（1）绝对判断标准（2）相对判断标准（3）类比判断标准 第三节 设备故障诊断参数30 （）绝对判断标准绝对判断标准是根据对某类机器长期使用、观察、维修与测试后的经验总结,并由企业、行业协会或国家归纳成表格或图表形式,作为一种标准供工程界应用。该标准是在确定了正确的诊断方法后才可制定的标准。使用时必须注意判断标准的制定及适用的范围等，才能选用。（）相对判断标准 相对判断标准是对机器的同一部位定期测定，并按时间先后进行比较，以正常情况下的值为初始值。根据实测值与该值的倍数比来进行判断的方法。（）类比判断标准 类比判断标准是指数台同样规格的机器在相同条件下运行时，通过各台机器的同一部位进行测定和相互比较来掌握其劣化程度的方法。31五、故障诊断信号的采集 电磁检测振动检测声学检测压力检测强度检测温度检测光学检测污染检测性能趋势检测表面形貌检测诊断方式的选择原则:1.对故障最敏感的原则2.综合使用、互为补充的原则3.经济的原则第三节 设备故障诊断参数32第三节 设备故障诊断常用方法 一、振动测量法l组成设备的零、部件以及用于安装设备的基础可认为是弹性系统。物体围绕平衡位置作往复运动称为振动。机械振动在不同程度上反映出设备所处的工作状态。l利用振动测量及其对测量结果的分析来识别设备故障是一种常用且有效的故障诊断方法。33 （一）振动的分类l按能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为：确定性振动和随机振动。1.随机振动 不能用精确的数学关系式来描述，例如地震。2.确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动。第三节 设备故障诊断常用方法34l确定性振动就是振动和时间的关系如果能用确定的函数来描述，如果振动和时间的关系如果不能用一个确定的数学函数来描述，那就是叫随机振动。l简谐周期振动，就是振动只含有一种频率。而复杂周期振动是这种振动中，含有多种频率的振动，其中任意两个振动频率之比都是有理数。那就是有一个公共的周期，这就是复杂周期振动。第三节 设备故障诊断常用方法35l非周期振动，包括准周期振动和瞬态振动。l准周期振动是包含多种频率的振动，其中至少两个的振动频率之比为无理数，除不尽，找不到公共周期。l瞬态振动，是可用脉冲函数或衰减函数描述的振动。如爆炸产生的冲击振动就是瞬态振动。第三节 设备故障诊断常用方法36 （二）振动的基本参数l振幅、频率和相位是振动的基本参数(振动三要素)。振动完全可以通过这三个参数加以描述。第三节 设备故障诊断常用方法37 在机器振动测量中，有位移、速度、加速度等三种测定方法。从测量灵敏度来看，一般低频以位移、中频以速度、高频以加速度为测量参数居多。38 （三）常用的测振传感器 振动测量有：机械方法、光学方法和电测方法。l机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度不高的场合。l光学方法主要用于精密测量和测振传感器的标定。l电测方法是应用范围最广的一种。不管采用哪种测量方法都要采用相应的测振传感器。l采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。主要有三种测振传感器：压电式加速度计、磁电式速度传感器和电涡流位移传感器。第三节 设备故障诊断常用方法391.压电加速度传感器 （1）工作原理：某些电介质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部将发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态。介质的这种机械能转换为电能的现象即为压电效应。第三节 设备故障诊断常用方法40 （2）压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。l压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。其中，压电晶片是加速度计的核心。第三节 设备故障诊断常用方法41（3）压电式加速度计属于能量转换型传感器。电荷产生不需要外接电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。突出的优点：因为没有移动元件，所以不会因为磨损而造成寿命降低的现象。此外，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。第三节 设备故障诊断常用方法422.磁电式速度传感器l属于能量转换型传感器。惯性式磁电速度传感器也不需要外电源。第三节 设备故障诊断常用方法43 （1）原理：利用电磁感应原理，把振动速度转换为线圈中的感应电动势。l测振时，将传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从而输出与振动速度成正比的电压。它的工作也不需要外加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。因此，它也是一种典型的能量转换型传感器。（2）特点：输出功率大，性能比较稳定；l不足就是传感器中存在着机械运动的部件，所以寿命比较短。第三节 设备故障诊断常用方法44 3.电涡流位移传感器。电涡流传感器是一种新近研制成功的传感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将形变、位移与压力等物理参量的改变转化为阻抗、电感等电磁参量的变化。涡流位移传感器属于非接触式测量，但需要外电源。第三节 设备故障诊断常用方法45 由于电涡流传感器具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以及非接触测量等优点，而被广泛地应用于各工业领域，在汽轮发电机组、压缩机、离心机等大型旋转机械的轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测中都有应用。此外，电涡流传感器还可用于测厚、测表面粗糙度、无损探伤、测流体压力、转速等一切可转化为位移的物理参量，以及硬度、温度等。46l三种传感器的主要特点对比：1.压电式加速度传感器和磁电式的速度传感器，都是能量转换型，而电涡流位移传感器，是能量控制型，需要外接电源，这是这三种振动传感器最大的不同。2.就是在磁电式速度传感器中有运动元件，所以寿命受到影响。3.电涡流位移传感器是非接触式测量，所以它可以适用于高温或者受污染的对象。第三节 设备故障诊断常用方法47 （四）异常振动分析方法l分析方法有三种：振动总值法，频谱分析法、振动脉冲测量法。1.振动总值法：通过传感器直接测量，以表格或图形表示趋向，并对照“异常振动判断基准”判别设备工作是否正常。l振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都用振动速度这个参数。表7-4就是国际标准化组织ISO制定的一个异常振动判断基准。l可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。第三节 设备故障诊断常用方法4849 2.通过频谱分析诊断异常振动l可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。l频谱分析就是将时域信号变换为频域信号(在时域信号中，横坐标是时间；而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率。)，得到频谱图，从而获得信号的频率结构(组成信号的各个频率分量及振动能量在各频率分量上的分布)。第三节 设备故障诊断常用方法50 3.振动脉冲测量法：专门用于进行滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。l其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，这种冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。l根据实际冲击水平与正常冲击水平之差(即冲击水平增加值)来判断轴承性能的好坏。第三节 设备故障诊断常用方法51l1.声压、声强、声功率 (1)声压：声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波动而引起的压强增量。没有声波存在时，媒质的压力称静压力，用Po表示。l压强增量，即声压P，单位是Pa。l仪器检测的声压为有效声压，是声压的均方根值。第三节 设备故障诊断常用方法53 (2)声强：单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量声强（W/）。(3)声功率：声源在单位时间内辐射出来的总声能声功率（W）。第三节 设备故障诊断常用方法54 2.分贝与声级l引起听觉的可听声频率在2020000Hz之间，但在此范围内的某一声波可以有不同的声压或声强。l当频率为1000Hz时，正常人耳开始能听到的声压为210-5 Pa，称为听阈声压；l频率为1000Hz，声压为20Pa时，能使人耳开始产生痛感，称为痛阈声压。l可见从听阈到痛阈，声压的绝对值数量级之比为110 6，即相差一百万倍。而从听阈到痛阈，声强的绝对值数量级绝对值之比为11012，即相差亿万倍。第三节 设备故障诊断常用方法55 (1)声压级(dB)：声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍，级是最常用的噪声测量参数。l式中：Lp 声压级；P 声压(Pa)；Po 基准声压，l基准声压Po的声压级：第三节 设备故障诊断常用方法56l听阈声压级：频率为1000Hz时，对应人耳所能听到的起始声压，称为听阈声压；其声压级为0。l痛阈声压级：频率为1000Hz，声压为20Pa时，能使人耳开始产生痛感，称为痛阈声压。其声压级为：第三节 设备故障诊断常用方法57 （2）声强级（dB）：声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍。式中：LI 声强级；I 实测声强；Io 基准声强。l基准声强：最低可听到的1000Hz纯音声强，第三节 设备故障诊断常用方法58 (3)声功率级（dB）：声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10倍。式中：Wo 基准功率 l基准功率：l声功率不能直接测量，根据测量的声压级换算得到。59 （二）噪声测量仪器 1.传声器l(1)噪声测量中，最常使用的仪器是传声器和声级计。l(2)传声器：作用是将声能转换成电能，所有传感器都是把测量的参数转变成为电的参量或者其他适于分析处理的物理量，把声能转化为电能。l(3)传声器的分类方法有两种：根据膜片感受声压情况的不同，根据膜片振动转换成电能方式的不同。第三节 设备故障诊断常用方法60 2.声级计l声级计是噪声测量中使用最为广泛、最简便的仪器。它不仅用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。（1）分类：声级计按用途分为：一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计(噪声剂量计)等。声级计按精度分为：0型声级计，精度最高。1型声级计，是一般用途的精密声级计。2型声级计，一般用途声级计。3型声级计，普及型声级计。声级计按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。第三节 设备故障诊断常用方法61 （三）故障的噪声识别方法l噪声超过一定的范围，超过了正常的范围，才能判断可能是故障。所以根据噪声信号的特征量，制定一定限值作为有无故障的标准，对于噪声信号的变异和程度进行判断有三种标准，即绝对标准、相对标准和类比标准。l在绝对标准中，利用测量的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；标准特征量值可能是行业规定的，也可能是国家规定的。l在相对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；l在类比标准中，利用同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。第三节 设备故障诊断常用方法62 例：用听诊法对滚动轴承进行监测l（1）轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。l（2）轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。l（3）轴承发出不连续的“梗梗”，由于保持架或内外圈破裂而引起的。必须立即停机更换轴承。l（4）轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。l（5）轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。l（6）轴承发出连续刺耳啸叫声，由于轴承润滑不良或缺油造成千摩擦，或滚动体局部接触过紧。第三节 设备故障诊断常用方法63 三、温度测量法l设备中零部件工作位置的不正确或过载运行，轴承在磨损状态下运转或润滑不良等都会产生异常热，电气系统中工作机件的摩擦、磨损，绝缘层破坏，负载过大，电阻值变化，电缆接头老化、松动、接触不良等都会使系统内各薄弱环节产生异常温度。当机件的温度超过温升限值时，将会引起热变形、热膨胀、烧蚀、烧伤、裂纹、渗漏、结胶等热故障。许多受损伤的机件，其温度升高总是先于故障的出现。因此，监测机件的工作温度，根据测定值是否超过温升限值就可判断其所处的技术状态。第三节 设备故障诊断常用方法64l通过温度测量可以找出机件的缺陷并能诊断出各种由热应力引起的故障。不仅如此，温度测量法还可以弥补射线、超声、涡流等无损探测法的不足，用来探测机件内部的各种故障隐患。研究和应用实例表明，温度测量法是目前故障诊断中的一项十分实用而有效的诊断方法。第三节 设备故障诊断常用方法65温度计的分类图第三节 设备故障诊断常用方法66 （一）测温仪表l分为接触式和非接触式两类。l采用接触式测温仪测温时，需使测温元件接触被测对象，两者进行充分的热交换而达到同一温度。l采用非接触式温度计测温时，无须使测温元件直接接触被测对象，热量通过被测对象的热辐射或对流传到测温元件上，达到测温的目的。第三节 设备故障诊断常用方法67（二）通过温度测量所能发现的常见故障l1.轴承损坏。2.流体系统故障。3.发热量异常。4.污染物质积聚。5.保温材料的损坏。6.电气元件故障。7.非金属部件的故障。8.机件内部缺陷。9.裂纹探测。第三节 设备故障诊断常用方法68 四、裂纹的无损探伤法l裂纹是机器零部件最严重的缺陷。l裂纹可能在原材料生产、零部件加工以及设备使用等各个阶段产生。l对设备零部件裂纹的检查，主要采用无损探测法。l有多种无损探测法供选用，如目视光学检测法、渗透探测法、磁粉探测法、射线探测法、超声波探测法、声发射探测法、涡流探测法等。第三节 设备故障诊断常用方法69 五、磨损的油液污染检测法l根据监测和分析油液中污染物的元素成分、数量、尺寸、形态等物理化学性质的变化，便可以判断是否发生了磨损及磨损程度。l常用的方法包括油液光谱分析法、油液铁谱分析法、磁塞检查法。第三节 设备故障诊断常用方法70油样分析的步骤采样 必须采集能反映当前机器中零件运行状态的有代表性的油样。监测 进行油样分析，测定油样中磨屑的数量和粒度分布。诊断 初步回答机器的磨损状态是正常还是异常，对异常情况还要确定那些零部件磨损和磨损的类型，例如磨料磨损、疲劳剥落等。预测 估计异常磨损的零部件的剩余寿命和今后可能发生的磨损类型。处理 根据预测的情况确定维修的方式、时间和部位。71 (一)油液光谱分析法：用于早期、精密的磨损诊断l1.原理l利用原子发射光谱或原子吸收光谱分析油液中金属磨损产物的化学成分和含量，判断机件磨损的部位和磨损严重程度的一种污染诊断法。l2.特点l光谱分析法对分析油液中有色金属磨损产物比较适用。用于早期、精密的磨损诊断。磨屑粒度一般小于10微米。第三节 设备故障诊断常用方法72 (二)油液铁谱分析法：l铁谱分析技术是一种新的机械磨损检测技术。l铁谱分析仪用以确定油液或润滑剂中磨损微粒的成分，测量微粒的尺寸及观察微粒的形貌，从而发现磨损微粒产生的根源。铁谱分析仪的检测尺寸范围是。l油液铁谱分析 能提供磨损产物的数量、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。第三节 设备故障诊断常用方法73 (三)磁塞检查法：l用肉眼直接观察，用于检查磨损后期磨粒残渣颗粒较大的情况。l此法是用一个带有磁性的金属棒，直接伸到机器内部润滑油的底部，然后把油泥吸上来，用肉眼来观察，用于检查磨损后期磨粒尺寸大于70m的情况，判断机器零件的磨损状态。这是一种简便而有效的方法。l在一般情况下，机器后期均出现磨粒尺寸较大的残留物。因此磁塞检查也是磨损监测中重要手段之一。第三节 设备故障诊断常用方法74l油液污染的三种监测方法的使用范围见图第三节 设备故障诊断常用方法75离心泵故障判断及处理l1、离心泵机构（单级单吸泵为例）76离心泵轴承发热l现象：l泵轴承发热l危害：l造成润滑油失效，轴承损坏l原因：l润滑油过多l润滑油过少l润滑油失效l机组不同心l振动l处理措施：l减少润滑油l增加润滑油l清洗油池，更换新油l检查并调整泵和电机的对中l检查转子的平衡度或较小流量处运行77离心泵异常振动和异响l泵异常振动和异响l现象：l泵的振动大，有异响l危害：l造成设备损坏l原因：l泵轴和电机轴不同心l轴承磨损l转动部分脱落l管路或泵内有异物l弹性块损坏l处理措施：l检查并校正对中l更换轴承l检查转动部分是否松动l清楚异物l更换弹性块78离心泵故障案例l故障现象：2010年7月某厂一台泵在运行中自停。盘泵时，泵卡滞；经拆解泵体检查发现蜗壳内有一较大金属异物；泵轴承失效，轴承外圈、内圈、保持架碎裂，滚动体点蚀、烧焦、破损。l故障危害：1、泵轴损坏 2、电机烧毁l原因分析：滚动轴承是运转机械不可缺少的基础部件之一。滚动轴承的可靠性与轴承的失效形式有着密切的关系，根据轴承破坏形式，内外圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成的，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能造成内外圈断裂。产生的原因较复杂，如轴承的原材料缺陷、锻造缺陷、热处理缺陷、加工缺陷、安装不当、润滑不足等。l金属异物进入泵体内，造成叶轮振动加大并卡滞，轴承由于过载冲击，内外圈碎裂，保持架毁坏。电机过载后发热，直至保护跳开断电。l处理措施：l盘泵检查，泵卡滞。拆解泵体，发现金属异物并清除。l对泵进行拆解，发现前端轴承碎裂。清洗轴承箱，更换新轴承，更换填料，加润滑油。检查电机是否正常。79螺杆式压缩机故障案例l螺杆式压缩机结构80螺杆式压缩机结构l在压缩机的机体中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子。通常把节圆外具有凸齿的转子，称为阳转子或阳螺杆。把节圆内具有凹齿的转子，称为阴转子或阴转子。一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转子转动。转子上的最后一对轴承实现轴向定位，并承受压缩机中的轴向力。转子两端的圆柱滚子轴承使转子实现径向定位，并承受压缩机中的径向力。在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口。一个供吸气用，称为进气口；另一个供排气用，称作排气口。81案例分析l故障现象：空压机排气温度达到100l故障危害：l压缩机效率降低，电能消耗大，产气量下降l减少油的使用寿命l增大油分离的难度，导致更多的油进入供气管网，增加油耗，污染分子筛82案例分析l原因分析：l造成压缩机排气温度高的原因主要有以下几点：l环境温度高，通风不畅l冷却器排风通道不畅l冷却油位不足l油分堵塞l风扇电机故障l风冷器太脏，堵塞l空气滤芯太脏l当日环境温度在30左右，空压站门窗都敞开着；排风通道并无堵塞物；打开边盖，油位在油分离器视窗二分之一处；风扇电机运行正常；空气滤芯有些脏。l根据以往经验，造成压缩机排气温度高的原因可能是风冷器太脏，影响冷却效果；空气滤芯太脏，吸气量不足。在吹扫风冷器、更换空气滤芯后，压缩机运行一周，排气温度在88左右。l处理措施：l吹扫风冷器l检查油分离器液位l更换空气滤芯83往复泵常见故障l往复泵结构84常见故障l泵振动、异响大，压力不稳l现象：无液排出压力表指针急剧摆放出液量不足l原因：l泵没有注入液体l泵的净正吸入正压力不足l吸入管内有异物堵塞或管径太小l吸入管内和泵液力端中有气体l泵的进、排液阀泄露l进、排液处密封圈泄露l处理措施：l灌泵l增加泵入口净正吸入压头l清除管内异物或放大吸入管径l排出气体l更换进、排液阀l更换密封圈85常见故障l液力端有异响、管线振动大l现象：液力端有不均匀的冲击声响泵的进、排管道振动剧烈l原因：l进、排液阀工作不正常或损坏l进、排液阀弹簧损坏l底角螺栓松动l管线内有气体l支撑设置不合理l进、排液管径大小造成流速过大l处理措施：l排除进、排液阀故障或更换新阀l更换进、排液阀弹簧l把紧底角螺栓l排出气体l合理布置支撑点l放大管径86案例分析l往复泵异响原因分析及处理措施l故障现象：l2010年5月，在设备外操巡检时发现三柱塞泵有异响较大，通知中控室准备切换。在备用泵启起后，声音正常，通知设备技术员情况。第二天早上对问题泵液力端检查时发现西侧液缸进液阀弹簧断裂。l原因分析：l往复泵异响来源有两种，一种是来自动力端；一种是来自液力端。动力端由曲轴、连杆、十字头、小连杆、轴承、联轴器和机架等组成。液力端由液缸、柱塞、阀、填料函、汇管和缸盖等组成。l动力端的异响一般来自曲轴箱内或联轴器处，原因有：l1、连杆大头瓦磨损，间隙过大l2、连杆小头瓦村套磨损，间隙过大l3、十字头磨损，间隙过大l4、连杆螺母松动l5、主轴承磨损l6、柱塞与十字头连接松动l7、曲轴轴向间隙过大，轴向窜动l8、电机与泵轴不同心l9、联轴器损坏87 l液力端的异响原因有：l进、排液阀启闭受阻或损坏l进、排液阀弹簧断裂l泵体上法兰螺栓松动l吸入管内和泵液力端中有气体l经现场仔细辨别，异响来自液力端。检查泵体各处螺栓并无松动；如果吸入管内或液力端由气体，除了异响之外还会伴随着管线剧烈振动，压力表指针急剧摆动和MEA循环量波动较大等现象，而现场并无这些现象；所以原因很可能是弹簧断裂、气阀启闭受阻或损坏。第二天检修液力端时，进、排液阀并无损坏，西侧液缸的进液阀弹簧断裂。l处理措施：l当发现设备异响时，在情形不是很严重的情况下，首先判断异响来源，然后再切换泵。通知技术人员现场情况及异响来源，以便维修时有的放矢，尽快处理。88复习思考题l1故障的概念及其分类。l2 试归纳设备故障诊断的实施步骤。l3 设备故障诊断常用方法。l4试比较设备的油样分析的几种方法的特点、适用场合。89