【机械1】《机械设备点检基本知识》20131020PPT课件.ppt

0 攀钢集团公司专业点检员初级培训班 机械工程系二OO三年九月十日 机械设备点检基本知识 2020年3月26日9时10分 第1页共97页 可编辑 纲要 第2页共97页 可编辑 生活常识 若人感觉不舒服了 我们可以去看医生 将自己的病情详尽地告诉医生 而医生则可根据病人的口述 通过望 闻 问 切等手段 当然也可借助相关医学设备 如听诊器 血压计 X光 B超等 来观察病情 并通过医学知识来分析 判断病人得了什么病 从而对症下药 治愈病情 引出新课 第3页共97页 可编辑 试想一下 1 设备会不会像人一样也要 生病 2 设备为什么会 生病 3 设备 生病 的原因是什么 4 设备生了病 会怎么样 会有哪些现象产生 5 设备生了病 是否也需要 治疗 6 设备会 主动上门求医 吗 7 我们该如何去诊断设备 病情 呢 引出新课 第4页共97页 可编辑 设备事故案例回顾 引出新课 1 1984年12月3日印度中央邦首府博帕尔联合碳化物公司毒气泄漏惨案 第5页共97页 可编辑 设备事故案例回顾 引出新课 2 1986年4月26日苏联切尔诺贝利核电站核泄漏事故 第6页共97页 可编辑 引出新课 3 1986年1月28日美国 挑战者 号航天飞机升空后爆炸和2003年2月1日 哥伦比亚 号航天飞机降落时解体 设备事故案例回顾 第7页共97页 可编辑 工欲善其事 必先利其器 君若利其器 首当顺其治 引出新课 第8页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 1设备故障的基本概念 设备故障是一个在设备全过程管理过程中无法回避 且又必须时常面对的问题 那么 什么是设备故障 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 在工程实例中 我们还常常听到另一个词汇 失效 Failure 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 第9页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 1设备故障的基本概念 通常设备在使用的过程中 其性能随着使用时间的推移而逐步下降 为了对设备故障能有更清楚地了解 具体可参见下图 设备性能随运行时间变化曲线图 第10页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 1设备故障的基本概念 传统维修观念认为设备丧失规定功能即为故障 而现代维修观念 如RCM 则认为设备在丧失规定功能 如图中F点所示 之前 还存在一个 潜在故障 如图中P点所示 各种故障的TP TF间隔差别较大 若其间隔较长 则意味着有更多的时间来预防功能故障发生 为此 可在TF之前积极开展故障诊断工作 为实现状态维修CBM奠定相应基础 通常企业故障检测水平越高 则TC TF间隔期越长 第11页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 2设备故障分布规律 1 典型故障曲线 浴盆曲线设备故障的产生及发展 均有其自身客观规律 研究这些规律 具有积极意义 通过大量实践证明 可维修设备的故障率 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如下 第12页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 2设备故障分布规律 1 典型故障曲线 浴盆曲线它将使用维修期间的设备故障状态分为三个时期 1 早期故障期 0 t t1 2 偶发故障期 t1 t t2 3 耗损故障期 t2 t 归纳来说 这三个阶段对应着故障分布的三种基本类型 早期为故障递减型 偶发期为故障恒定型 耗损期为故障递增型 细心的读者会发现 设备故障率曲线变化的三个阶段 其实正好对应着机械零件磨损率曲线的变化情况 第13页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 2设备故障分布规律 2 复杂设备的故障模型现代维修观念 如RCM 认为 对于复杂设备故障 除了典型的浴盆曲线故障模型外 还存在其它五种故障模型 具体如图所示 其中 模式F为主流 68 模式E为次主流 14 其余则为非主流 第14页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 2设备故障分布规律 2 复杂设备的故障模型由此可见 1 设备故障与设备使用时间之间没有直接关系 频繁修理设备或定期预防维修并不一定能防止故障发生 也不能提高设备固有可靠度 反而可能在稳定系统中引入新的较高初始故障率 2 鉴于大部分复杂设备故障率符合模式F或模式E 因此在其使用阶段 故障率随时间趋于常数 即Dalanik定律 此时 设备故障多表现为正常运转中偶然发生的随机故障 因此必须强化设备状态监测与故障诊断工作 第15页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 3故障的分类 1 按故障的性质分类 间断性故障和永久性故障2 按故障形成的速度 即发生的快慢 分类 突发性故障和渐发性故障3 按故障的原因分类 外因故障和内因故障4 按故障危害性分类 危险性故障和安全性故障5 按功能丧失程度分类 局部性故障和完全性故障6 按故障的相关性分类 相关故障和非相关故障7 按功能分类 潜在故障和功能故障8 按故障影响的程度分 轻微故障 一般故障 严重故障和恶性故障 第16页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 4设备故障的基本特性 设备的故障有多种多样 为了更好地了解及处理故障 必须掌握设备故障的基本特性 一般来说 设备故障具有如下特性 1 随机性 模糊性 2 层次性 3 多样性 4 潜在性 5 渐发性 6 传播性 横向或纵向传播 应以随机过程为基本出发点 综合采用各种现代技术手段 来认识 分析故障 判明其性质 形成与发展 对处于萌芽阶段的设备故障 应争取及早发现 先期预防 杜绝故障发展 对已暴露的故障 则应根据故障情况 采集特征信息 及时采取适合的诊断方案与维修策略 妥善加以处理 第17页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 5故障的典型模式和原因 1 故障模式在工程实践中 典型的故障模式大致有如下几种 异常振动 磨损 疲劳 裂纹 破裂 畸变 腐蚀 剥离 渗漏 堵塞 松弛 溶融 蒸发 绝缘劣化 异常声响 油质劣化 材质劣化 其它等 第18页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 5故障的典型模式和原因 2 故障原因故障研究的核心问题主要是找到设备故障产生的真正原因 以便 对症下药 药到病除 考虑到设备的多样性 同时也鉴于故障所具有的复杂特性 从而使故障产生的原因可谓是多种多样 但从宏观角度来讲 可归结为内在因素 内因 和外在因素 外因 两大方面 而从微观角度来说 又可归结为磨损 腐蚀 断裂 畸变 裂纹等 具体可参见表所示 第19页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 5故障的典型模式和原因 2 故障原因 第20页共97页 可编辑 1设备故障的基础知识 1 6故障分析方法 第21页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 1状态监测与故障诊断基本概念与分类 引入设备故障诊断技术 开展现代预知性的视情维修 这也是现代企业设备管理与维修发展的重要方向 1 基本概念设备的状态监测与故障诊断 就是指在设备运行过程中或在基本不拆卸设备的情况下 利用现代科学技术手段与仪器仪表 根据设备 系统 结构 外部信息参数的变化来判断设备内部的工作状态或结构的损伤状况 确定故障的性质 类别 程度和部位 预报设备未来发展趋势 并研究故障产生的机理 从而找出对策的一门技术 第22页共97页 可编辑 2 1状态监测与故障诊断基本概念与分类 1 基本概念状态监测与故障诊断不是等同的概念 但它们又统一于同一动态系统之中 简而言之 1 状态监测主要是对设备的技术状态进行初步识别 它是故障诊断的基础 2 故障诊断则是对该状态的进一步分析识别和判断 2状态监测与故障诊断的基础知识 第23页共97页 可编辑 2 1状态监测与故障诊断基本概念与分类 2 故障诊断技术分类 1 按诊断目的分类 功能诊断和运行诊断 2 按诊断周期分类 定期诊断和连续诊断 3 按提取信息方式分类 直接诊断和间接诊断 4 按诊断时所要求的设备运行工况条件分类 常规工况诊断和特殊工况诊断 5 按诊断环境分类 在线诊断和离线诊断 6 按诊断方式分 7 按诊断对象分 2状态监测与故障诊断的基础知识 第24页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 1状态监测与故障诊断基本概念与分类 2 故障诊断技术分类 8 按诊断方法的完善程度分类 简易诊断和精密诊断 其中 精密诊断是在简易诊断基础上更为细致的一种诊断过程 其不仅要回答 有无故障 的问题 而且还要详细地分析出故障的原因 如不平衡 不对中 故障的性质 如渐进性 突发性 故障的部位 如轴承 齿轮 故障的程度 一般故障 严重故障 及其发展趋势等一系列的问题 第25页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 2设备故障诊断技术的发展与展望 设备故障诊断技术的发展历程 感性阶段 量化阶段 阶段 故障诊断技术真正作为一门学科 人工智能和网络化阶段 发展方向 总的来说 设备故障诊断技术的发展 大致可分为以下4个阶段 第一阶段是在19世纪第二阶段是在20世纪初至20世纪50年代第三阶段是在20世纪60 70年代第四阶段是在20世纪80年代以后反映当代故障诊断技术的发展趋势主要体现在 四化 上 即 不解体化 高精度化 智能化 网络化 第26页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 3故障诊断基本方法简介 1 按检测手段分类设备故障的诊断和人体疾病的诊断在实质上是完全相同的 其也是利用了振动 温度 噪音 颜色 压力 气味 形变 腐蚀 泄漏 磨损等表示设备状态的各种特征 第27页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 3故障诊断基本方法简介 2 按诊断方法原理分类 第28页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 4故障诊断的基本过程 1 信号检测2 信号处理3 状态识别4 预报决策 第29页共97页 可编辑 2状态监测与故障诊断的基础知识 2 5故障诊断技术的作用及意义 1 能及时科学地对设备各种异常状态或故障状态做出诊断 预防或消除故障 对设备的运行进行必要的指导 提高设备运行的可靠性 安全性和有效性 以期把故障损失降低到最低水平 2 保证设备发挥最大的设计能力 制定合理的检测维修制度 以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力 延长服役期限和使用寿命 降低设备全寿命周期费用 3 通过检测监视 故障分析 性能评估等 为设备结构修改 优化设计 合理制造及生产过程提供反馈信息和理论依据 4 通过实施设备故障诊断 带动与故障诊断有关的一系列相关理论 如信号采集 信号分析 模式识别等相关学科的发展 同时可检验相关理论的完善程度 寻找最佳故障诊断方法 完善设备故障诊断学 第30页共97页 可编辑 3常用状态监测与故障诊断技术介绍 不少企业纷纷采用设备状态监测与故障诊断技术 以此增强设备运行可靠性 提高设备综合效率 降低寿命周期费用 促进维修体制变革 实现企业设备管理现代化 但是 在实际推行的过程中 却暴露出诸多问题 主要表现在 1 鉴于设备的多样化和故障的复杂性 导致故障诊断技术名目繁多 从最初利用人的感官 一直到现代计算机智能诊断系统的应用 可谓是形形色色 种类繁多 如何选择往往无所适从 2 部分诊断技术尚未成熟 实用性不佳 若盲目跟进 往往付出较多 但收效却不理想 甚至中途遇挫 无果而终 如何才能有效利用这一技术 使其更好地服务于生产现场呢 第31页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 1振动诊断的基本知识 在机械设备的状态监测和故障诊断中 常用的技术手段有 振动诊断 温度诊断 声学诊断 油液分析 无损检测 强度诊断 压力诊断 电气参数诊断 表面状态诊断 工况指标诊断 光学诊断等 其中 振动诊断是目前应用最为广泛 也是最成功的诊断方法 这是因为 1 在工业领域中 机械振动是普遍存在 并常常作为衡量设备状态的重要指标之一 2 在设备故障诊断中 振动信号能够更直接 快速 准确地反映设备的运行状态及其变化规律 3 振动信号蕴涵了丰富的设备状态信息 4 振动诊断理论和测量方法相对较成熟 诊断结果也准确可靠 且便于现场组织实施 第32页共97页 可编辑 附表 常用设备故障的检测方法及适用范围 第33页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 1振动诊断的基本知识 1 机械振动及其分类振动是物体的一种运动形式 它是指物体 或物体的一部分 在平衡位置 物体静止时的位置 附近作的往复运动的现象 如图所示的弹簧质量系统中 重物的运动就是振动的一个典型例子 如果忽略阻尼 弹簧的质量 重物的大小和形状 则物体振动的位移X随时间t变化的规律 是一条正弦或余弦曲线 这种物体的运动参量随时间按正弦或余弦规律变化的振动 便称之为 简谐振动 它是一种最基本也是最简单的振动形式 第34页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 1振动诊断的基本知识 1 机械振动及其分类通常 各种机器设备都是由许多零部件和各种各样的安装基础所组成 这些都可认为是一个弹性系统 某些条件或因素可能引起这些物体在其平衡位置附近做微小的住复运动 这种机械系统在其平衡位置附近所作的往复运动 就称为机械振动 机械振动表示机械系统运动的位移 速度 加速度量值的大小随时间在其平均值上下交替重复变化的过程 第35页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 1振动诊断的基本知识 1 机械振动及其分类从不同角度来考察振动问题 可按如下方式对其进行分类 1 按振动规律分类在机械设备的状态监测和故障诊断中 常遇到的振动多为周期振动 准周期振动 平稳随机振动等 以及几种不同类型振动的组合 第36页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 1振动诊断的基本知识 1 机械振动及其分类 2 按振动频率分类在振动诊断中 常常要分析频率与故障的关系 要分析不同频段振动的特点 为此 了解振动频段的划分与振动诊断的关系很有实用意义 通常按照频率的高低 可把振动分为三种类型 第37页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 2机械振动信号分析方法简介 振动信号的分析方法 按信号处理方式的不同 分为幅域分析 时域分析 频域分析等 早期的信号分析只在波形的幅值上进行 如计算波形的最大值 最小值 平均值 有效值等 后又进而研究波形幅值的概率分布 对信号在幅值上的各种处理通常称为幅域分析 信号波形是某种物理量随时间变化的关系 研究信号在时间域内的变化或分布称为时域分析 频域分析是确定信号的频域结构 即信号中包含哪些频率成分及其大小 分析的结果是以频率为自变量的各种物理量的谱线或曲线 不同的分析方法是从不同的角度观察 分析信号 均有其自身的应用特点 所以在故障诊断时 我们应根据预计要诊断的征兆和故障来选择上述相应的信号分析方法 以便尽可能得到最大限度的信息量 从而尽快地来确定设备故障所在 便于决策 第38页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 3振动监测及故障诊断的常用仪器设备 1 测振传感器加速度传感器的安装方式是获得准确测量结果的关键所在 必须引起高度重视 否则会导致安装后固有振动频率降低 从而大大限制其有用频率范围 第39页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 3振动监测及故障诊断的常用仪器设备 2 振动监测及分析仪器 1 设备简易诊断仪器简易振动诊断仪器主要是通过测量振动幅值的部分参数 对设备的状态做出初步判断 以确定设备正常与否 这种仪器体积小 价格便宜 易于掌握 适合由工段 班组一级来组织实施进行日常测试和巡检 常用简易振动诊断仪器按其功能可分为 振动计 振动测量仪和冲击振动测量仪等 具体参见下图所示 第40页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 3振动监测及故障诊断的常用仪器设备 2 振动监测及分析仪器 2 振动信号分析仪信号分析仪种类很多 一般由信号放大 滤波 A D转换 显示 存储 分析等部分组成 有的还配有软盘驱动器 可以与计算机进行通信 能够完成信号的幅值域 时域 频域等多种分析和处理 功能很强 分析速度快 精度高 操作方便 这种仪器的体积偏大 对工作环境要求较高 价格也比较昂贵 适合于工矿企业的设备诊断中心以及大专院校 研究院所配备 第41页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 3振动监测及故障诊断的常用仪器设备 2 振动监测及分析仪器 3 离线监测与巡检系统离线监测与巡检系统一般由传感器 采集器 监测诊断软件和微机组成 有时也称为设备预测维修系统 操作步骤包括 利用监测诊断软件建立测试数据库 将测试信息传输给数据采集器 用数据采集器完成现场巡回测试 将数据回放到计算机软件 数据库 中 分析诊断等 这种巡检系统是解决大 中型企业主要设备的监测和诊断的较好途径 4 在线监测与保护系统在石化 冶金 电力等行业对大型机组和关键设备多采用在线监测系统 进行连续监测 这类系统连续 并行地监测各个通道的振动幅值 并与门限值进行比较 振动值超过报警值时自动报警 超过危险值时实施继电保护 关停机组 这类系统主要对机组起保护作用 一般没有分析功能 第42页共97页 可编辑 3 1振动诊断技术 3 1 3振动监测及故障诊断的常用仪器设备 2 振动监测及分析仪器 5 网络化在线巡检系统其功能与离线监测与巡检系统很相似 只不过数据采集由现场安装的传感器和采集模块自动完成 勿需人工干预 这类系统具有较强的分析和诊断功能 适合于大型机组和关键设备的在线监测和诊断 6 高速在线监测与诊断系统对于石化 冶金 电力等行业的关键设备的重要部件 可采用高速在线监测与诊断系统 对各个通道的振动信号连续 并行地进行监测 分析和诊断 这样对设备状态的了解和掌握是连续的 可靠的 当然规模和投资都比较大 7 故障诊断专家系统诊断的专家系统与一般的精密诊断不同 它是一种基于人工智能的计算机诊断系统 能够模拟故障诊断专家的思维方式 运用已有的诊断理论和专家经验 对现场采集到的数据进行处理 分析和推断 并能在实践中不断修改 补充和完善知识库 提高诊断专家系统的性能和水平 第43页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 机器运行过程中所产生的振动和噪声是反映机器工作状态的诊断信息的重要来源 振动和噪声是机器运行过程中的一种属性 即使是最精密 最好的机械设备也不可避免地要产生振动和噪声 振动和噪声的增加 一定是由故障引起的 任何机器都以其自身可能的方式产生振动和噪声 因此 只要抓住所研究的机器零部件的生振发声的机理和特征 就可以对机器的状态进行诊断 在机械设备状态监测与故障诊断技术中 噪声监测也是较常用的方法之一 例如 维修人员用听棒检查轴承的运行状态 铁路工人用手锤检验车架以判断其故障 我们通过敲击西瓜检测其成熟程度等 这些简单的方法沿用至今 需依赖人的经验和技巧 现代噪声检测技术已取得了很大的发展 其在机械工程 航空航天 国防爆破 城市建设 房屋建筑 环境保护等方面都有很大的应用价值 随着工业技术的发展 越来越占有更重要的地位 既然如此 那么我们该如何开展噪声的监测与诊断呢 第44页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 1噪声的应用 噪声一向为人们所厌恶 但是 随着现代科学技术的发展 人们也能利用噪声造福人类 噪声除草 科学家发现 不同的植物对不同的噪声敏感程度不一样 根据这个道理 人们制造出噪声除草器 噪声诊病 科学家制成一种激光听力诊断装置 供医生诊断 它测试迅速 不会损伤耳膜 没有痛感 特别适合儿童使用 此外 还可以用噪声测温法来探测人体的病灶 有源消声 从噪声源本身着手 设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来 从上面的例子可以看出 噪声其实并不是那么一无是处 只要我们能掌握科学的方法 就算是噪声也能 发光发热 第45页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 2声学基础 为了能更好地理解噪声的监测和诊断技术 在开始讲解前 我们必须学习相关的声学基础 声音是由声波刺激人耳神经所引起的感觉 产生声音的条件有两个 一是物体的振动 二是声波传播的介质 声波是一种机械波 它具有一般波动现象所共有的特性 如反射 绕射 折射和干涉现象等 只有特定频率范围 20 20000赫兹 内的声波 可使人耳产生听觉 这就是我们通常意义上的声音 频率低于20赫兹的声波称为次声波 频率高于20000Hz的声波称为超声波 通常 将一些引起反感的 刺耳的声音统称为噪声 在物理意义上是指不规则 间歇的或随机振源在空气中引起的振动波称为噪声 在进行噪声测量时 常采用声压级 声强级和声功率级来表示噪声的强弱 采用频率或频谱来表示其成分 也可以用人的主观感觉进行量度 如响度级等 第46页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 3噪声测量 声音的主要特征量为声压 声强 频率 质点振速和声功率等 其中声压和声强是两个主要参数 因此 也是测量的主要对象 噪声测量系统有传声器 放大器和记录器 以及分析装置等 可以看出其与振动测量系统类似 其实声音本质就是物体振动发声 1 传声器传声器是将声波信号转换为相应电信号的传感器 其原理是用变换器把由声压引起的振动膜振动变成电参数的变化 第47页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 3噪声测量 2 声级计声级计是用一定频率和时间计权来测量声压级的仪器 是现场噪声测量中最基本的噪声测量仪器 按国际电工委员会公布的IEC651规定 声级计的精度分为四个等级 即0 1 2 3级 其中 0级精度最高 l级为精密声级计 除了具有A B C计权网络外 还有外接滤波器插口 可进行倍频程或1 3倍频程滤波分析 2级为普通声级计 具有A B C计权网络 3级为调查用的声级计 只有A计权网络 机器设备噪声监测常用精密型 此外 还有脉冲声级计等 第48页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 4噪声源与故障源识别 噪声监测的一项重要内容就是通过噪声测量和分析 来确定机器设备故障的部位和程度 其过程一般是 首先 必须寻找和估计噪声源 进而研究其频率组成和各分量的变化情况 从中提取机器运行状况的信息 噪声识别的方法很多 从复杂程度 精度高低以及费用大小等方面均有很大差别 这里介绍几种现场实用的识别方法 1 主观评价和估计法经过长期实践锻炼的人 有可能主观判断噪声源的频率和位置 有时为了排除其它噪声源的干扰 主观评价和估计法也可以借助于听音器 对于那些人耳达不到的部位 还可以借助于传声器 放大器 耳机系统 类似于医生使用听诊器诊治病人一样 主观评价和估计法的不足之处在于鉴别能力因人而异 需要有有较丰富的实际经验 另外也无法对噪声源作定量的量度 亦即 只能用于定性测量 毕竟人耳无法取代专门的测量设备 第49页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 4噪声源与故障源识别 2 近场测量法这种方法通常用来寻找机器的主要噪声源 较简便易行 具体的做法是用声级计在紧靠机器的表面进行扫描 并根据声级计的指示值大小来确定噪声源的部位 由于现场测量总会受到附近其它噪声源的影响 一台大机器上的被测点又多是处于机器上其它噪声源的混响场内 所以近场测定法不能提供精确的测量值 这种方法通常用于机器噪声源和主要发声部位的一般识别或用作精确测定前的粗定位 3 表面振速测量法为了对辐射表面采取有效的降噪措施 需要知道辐射表面上各点辐射声能的情况 以便确定主要辐射点 采取针对性的措施 这时可以将振动表面分割成许多小块 测出表面各点的振动速度 然后画出等振速线图 从而可形象地表达出声辐射表面各点辐射声能的情况以及最强的辐射点 第50页共97页 可编辑 3 2噪声监测与诊断技术 3 2 4噪声源与故障源识别 4 频谱分析法噪声的频谱分析与振动信号分析方法类似 是一种识别声源的重要方法 通过频谱分析 可以了解噪声的频率组成及相应的能量大小 从中找出噪声源 5 声强法近年来用声强法来识别噪声源的研究进展很快 至今已有多种用于声强测量的双通道快速傅里叶变换分析仪 声强探头具有明显的指向特性 这使声强法在识别噪声源中更有其特色 声强测量法可在现场作近场测量 既方便又迅速 故受到各方面的重视 第51页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 温度是工业生产过程中最普遍和最重要的工艺参数之一 为了保证生产工艺在规定的温度条件下完成 需要对温度进行监测和调节 另一方面 温度也是表征设备运行状态的一个重要指标 设备出现故障的一个明显特征就是温度的升高 如轴承有故障 电气接点松动或氧化 绝缘损坏等都会导致温度的变化 一些能源的浪费和泄漏也都会在温度方面有所反映 同时温度的异常变化又是引发设备故障的一个重要因素 有统计资料表明 温度测量约占工业测量的50 因此 温度与设备的运行状态密切相关 第52页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 1温度测量基础 1 温度与温度单位 温标 1 温度在我们日常生活中 经常会碰到这样的现象 当触摸物体时 会有冷和热的感觉 这种描述和表示物体冷 热程度的物理量就称之为温度 温度是一个重要的物理量 也是国际单位制 SI 七个基本单位之一 但它与其他六个物理量有所不同 温度这个量却不可采用简单叠加的办法 2 温度单位 温标 用来量度物体温度高低的标准尺度 叫作温度标尺 简称温标 在生产实际中 温度常用热力学温标 K 和摄氏温标 来表示 在国内外的一些文献资料中 也常遇到非标准的温度单位 如兰氏温标 R 和华氏温标 F 等 第53页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 2接触式温度测量 用于设备诊断的接触式温度监测仪器有下列几种 1 热膨胀式温度计热膨胀式温度计是利用物体 液体或固体 热胀冷缩的性质制成的 此种温度计的种类很多 如水银温度计 双金属温度计 压力表式温度计等 2 电阻式温度计电阻式温度计是利用金属导体或半导体的电阻随温度变化的物理现象 将温度变化转换为电阻值变化 并以此作为测温信号而实现温度测量 热电阻温度计被广泛地用于低温及中温 200 500 范围内的温度测量 随着科技的发展 目前应用范围已扩展到1 5K的超低温领域 同时 在1000 1200 的高温范围内 也具有较好特性 第54页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 2接触式温度测量 3 热电偶温度计热电偶温度计由热电偶 电测仪表和连接导线所组成 广泛地用于300 1300 温度范围内的测温 热电偶通过热电效应可把温度直接转换成电量 因此对于温度的测量 调节 控制 以及对温度信号的放大 变换都很方便 它结构简单 便于安装 测量范围广 准确度高 热惯性小 性能稳定 便于远距离传送信号 因此 它是目前在温度测量中应用极为广泛的一种温度测量系统 第55页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 3非接触式温度测量 1 非接触式测温的基本原理 1800年 德国天文学家F W 赫胥尔发现 望远镜用的各种颜色玻璃滤光片对太阳光和热的吸收作用各不相同 为了弄清热效应与各色光的关系 赫胥尔利用三支涂黑酒精球的温度计 较能吸收辐射热 一支置于可见光某一色光中 另二支置于可见光外作为背景值的测量 法国物理学家白克兰把这种辐射称之为 红外辐射 红外辐射和可见光的本质是相同的 即红外辐射的折射 反射 衍射 偏振等性质与可见光是一样的 只是红外辐射的波长范围不同于可见光 它在电磁波谱中的波长范围是由0 78 l000 m 第56页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 3非接触式温度测量 2 非接触式测温仪器 由于在2000K以下的辐射大部分能量 不是可见光而是红外线 因此红外测温得到了迅猛的发展和应用 红外测温的手段不仅有红外点温仪 红外线温仪 还有红外电视和红外成像系统等设备 除可以显示物体某点的温度外 还可实时显示出物体的二维温度场 温度测量的空间分辨率和温度分辨率都达到了相当高的水平 1 红外点温仪点温仪是红外测温仪中 最简单 最轻便 最直观 最快速 最价廉的一种 它主要应用于测量目标表面某一点的温度 第57页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 3非接触式温度测量 2 非接触式测温仪器 2 红外热成像仪在许多实际应用中 人们不仅需要测得目标某一点的温度值 往往还需要了解和掌握被测目标表面温度的分布情况 红外热成像系统就是用来实现这一要求的 它是将被测目标发出的红外辐射转换成人眼可见的二维温度图像或照片 99坦克的热成像夜视仪图像 热成像夜视仪 第58页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 3非接触式温度测量 2 非接触式测温仪器 3 红外热电视红外热成像仪虽然具有优良的性能 但它装置精密 价格比较昂贵 通常在一些必须的 测量精度要求较高的重要场合使用 对于大多数工业应用 并不需要太高的温度分辨率 可不选用红外热成像仪 而采用红外热电视 红外热电视虽然只具有中等水平的分辨率 可是它能在常温下工作 省去了制冷系统 设备结构更简单些 操作更方便些 价格比较低廉 对测温精度要求不太高的工程应用领域 使用红外热电视是适宜的 第59页共97页 可编辑 3 3温度监测技术 3 3 4红外测温应用 红外技术的发展已有较长的历史 但直到本世纪末才逐渐成为一门独立的综合性工程技术 这项技术最早用于军事领域 后来推广应用到其它领域和科学研究等各个方面 在农业中 对病虫害地区的探测 农作物估产 植物 水 土壤温度的测量等 在公安工作中 对犯罪现场的调查和分析 防盗 入侵报警和监视 火灾发现和监视 遇难救险等 在医学中 用于对疾病的检查和诊断等 特别是随着设备状态监测和诊断技术的研究 开发和应用 红外测温技术已广泛地应用于设备运行过程的各个阶段 如 1 在新设备刚刚安装完毕 并开始验收时 用以发现制造和安装的问题 2 在设备运行过程中和维修之前 用以判断和识别有故障或需要特别注意的地方 以便有针对性地安排检修计划和备件 材料供应计划 3 在设备检修后 开始运行时 则用以评价检修质量 并做好原始记录 以便在以后的设备运行中 为掌握设备的劣化趋势提供依据 第60页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 1油液分析技术发展历史及其意义 1 油液分析技术发展历史油液分析 OilAnalysis OA 作为一项与机器使用的油液的质量密切相关的实践活动已有多年的历史 虽然公元前1650年前后在埃及就已经开始使用润滑剂 脂肪和油脂 然而直到蒸汽动力时代到来 从工程上提出对润滑和摩擦学的要求 才开始注意对润滑油液的物理化学性质进行表征 最早的油液分析活动大概源于1687年前后由IsaacNewton进行的关于粘性流假说的实验 这一假说后来发展成为流体膜润滑理论 现代油液分析现代油液分析技术 起源于20世纪40年代 l941年 美国DenverRioGrande公司和西方铁路 WesternRailway 公司率先将润猾油化验手段用于监测机车在用润滑油 这一做法很快为美国各铁路公司所效仿 也正是在这一时期 美围Baird公司研制成功了世界上第一台润滑油分析光谱仪 第61页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 1油液分析技术发展历史及其意义 2 油液分析技术的意义机械设备中的润滑剂在使用过程中 受设备工况条件变化 环境和相关机械子系统的影响 难以避免的外来物质污染和系统自身结构在微观或宏观上变化等诸多因素的影响 不但在数量上会有损耗 而且在组成成分和结构上也会发生变化 从而导致品质下降 直至最终丧失应有的润滑效能 如果不能得到及时的补充或更换 设备相关摩擦副将由于得不到有效的保护而发生损伤甚至失效 如果能通过及时检测设备在用润滑剂的品质和污染物指标的变化 适时掌握设备润滑剂的劣化 污染程度以及设备中关键摩擦副的磨损情况 确定合理的换油周期及维护措施 可有效防止设备中关键摩擦副的损伤 延长设备的使用寿命 提高设备工作的可靠性 第62页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 1油液分析技术发展历史及其意义 2 油液分析技术的意义目前油液分析的主要应用场合包括 1 机械设备状态监测与故障诊断 2 润滑材料的改进与开发 3 典型摩擦副磨损机理研究 4 机械零件的摩擦学设计 5 润滑油品技术服务 6 车辆污染控制 以小的油液分析费用换取巨大的设备维修费用的节约 这一观念在各个工业领域必将得到更为广泛的认可和实践 第63页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 2油液分析的内容 方法及工作流程 1 油液分析的内容所谓油液分析 是指通过对从运行设备中所取得的有代表性的润滑油样的检测和分析 获得有关设备在用润滑油性能指标变化 油中磨损产物 污染和变质产物的宏观或微观物态特征信息 并由此评判设备润滑与磨损状况或诊断相关故障的技术过程 油液分析一般包括以下三个方面的内容 1 性质分析 评价油液的化学 物理性质和添加剂性质等 2 污染分析 分析从环境进入系统的污染物和系统内部产生的污染物 3 磨屑分析 监控和分析机器零件磨损产生的磨屑颗粒 由此便可判断设备的磨损部位 磨损程度及磨损状态 第64页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 2油液分析的内容 方法及工作流程 2 油液分析的方法在用油液分析技术经过几十年的发展已经形成了相对较完整的体系 可采用的分析原理和方法也很多 按照这些方法与机械设备之间的关系 可分为离线分析 近线分析和在线分析三类 一般而言 离线分析技术所采用的仪器功能比较完善 反映的信息比较全面 深入 但分析油样的周期较长 在保证监测诊断的及时性方面存在缺陷 另外 对油样的运输保管环节还有可能造成信息失真 近线 在线分析技术在保障监测诊断及时性方面具有明显的优势 但诊断仪器的功能较单一 反映的信息比较片面 尤其在反映故障的机理性方面存在较大的不足 较为实际的选择是 将近线 在线监测技术与离线分析技术有机结合起来 发挥各自的优势 实现多种监测信息的融合 提高监测诊断的准确性和灵活性 第65页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 2油液分析的内容 方法及工作流程 2 油液分析的方法用于上述内容分析的主要技术方法如下 1 铁谱分析 润滑油中金属磨损颗粒及其它可沉积污染物分析 2 元素光谱分析 润滑油中金属磨损颗粒 添加剂金属元素和外来污染物金属元素分析 3 红外光谱分析 润滑油中主要变质产物污染物和添加剂分析 4 磁塞技术分析 从油样中获取磨损铁磁微粒大小 形态及数量等信息 以判断磨损状态 5 常规理化指标分析 润滑油主要性能指标 如粘度 总碱 酸 值 闪点等的分析 对于齿轮油和液压油 下面的技术分析方法有时也是十分必要的 1 四球机评价 润化油极压特性分析 2 润滑油污染水平分析 液压油中污染颗粒计数 第66页共97页 可编辑 3 4油液分析技术 3 4 2油液分析的内容 方法及工作流程 2 油液分析的方法 第67页共97页 可编辑 3 5无损检测技术 我们在日常生活中 常常有这样的经历 比如用手拍击西瓜判断是否成熟 铁路检车工敲击车轴检查机车车轮是否能安全运行 医生用扣诊把脉的方法诊断病情 这些检测和判断都是在没有破坏被检物体的情况下进行的 这些都是常见的 无损检测 实例 试想一下 如果今后大家去医院看病 告知医生你的身体不舒服 肚子难受 胃里感觉不舒服 心跳得厉害等 这时医生告诉你说这些器官看不见 无法判断 必须进行手术开刀 观察各个器官实物 方能诊断 可能一次手术你还能接受 如果每次都这样 试问今后谁还敢找医生看病 当然 这只是一个笑话 但是 从中我们可以看出无损检测的重要性和必要性 那么 究竟什么是 无损检测 呢 第68页共97页 可编辑 3 5 1无损检测技术概述 无损检测技术以不损害被检测对象的使用性能为前提 应用多种物理原理和化学现象 对各种工程材料 零部件 结构件进行有效的检测和测试 借以评价他们的连续性 完整性 安全可靠性和某些物理性能 包括被检测材料和构件中是否有缺陷 并对缺陷的形状 大小 方位 分布和内含物等情况进行判断 在我国 无损检测一词最早被称之为探伤或无损探伤 其不同的方法也同样被称之为探伤 如射线探伤 超声波探伤 磁粉探伤 渗透探伤等等 这一称法或写法广为流传 并一直沿用至今 其使用率并不亚于无损检测一词 据统计已经应用于工业现场的各种无损检测诊断方法已达70余种 随着技术的发展 今后还将会出现更多的无损检测方法与种类 目前 常用的无损检测技术包括 超声检测 射线检测 磁粉检测 渗透检测 涡流检测等常规技术 以及声发射检测 激光全息检测 微波检测等新技术 3 5无损检测技术 第69页共97页 可编辑 3 5 2无损检测技术的特点 1 无损检测技术不会对构件造成任何损伤2 无损检测技术为查找缺陷提供了一种有效方法3 无损检测技术能够对产品质量实现监控4 无损检测技术能够防止因产品失效引起的灾难性后果5 无损检测技术具有广阔的应用范围 无损检测技术可适用于各种设备 压力容器 机械零件等缺陷的检测诊断 例如金属材料 磁性和非磁性 放射性和非放射性 非金属材料 水泥 塑料 炸药 锻件 铸件 焊件 板材 棒材 管材以及多种产品内部和表面缺陷的检测 因此 无损检测诊断技术受到工业界的普遍重视 正是由于无损检测技术具有以上特点 因此在工程中得到了广泛地应用 3 5无损检测技术 第70页共97页 可编辑 3 5 3超声波检测 ultrasonictesting UT 超声波检测就是利用电振荡在发射探头中激发高频超声波 入射到被检物内部后 若遇到缺陷 超声波会被反射 散射或衰减 再用接收探头接收从缺陷处反射回来 反射法 或穿过被检工件后 穿透法 的超声波 并将其在显示仪表上显示出来 通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况 即可获得物体内部有无缺陷以及缺陷的位置 大小及其性质能方面的信息 并由相应的标准或规范判定缺陷的危害程度的方法 超声波检测技术是工业无损检测技术中应用最为广泛的检测技术之一 也是无损检测领域中应用和研究最为活跃的技术之一 1 超声波及其特性一般把频率在20kHz以上的声波叫做超声波 它是一种机械振动波 能透入物体内部并可以在物体中传播 用于无损检测的超声波频率多为1 5MHz 3 5无损检测技术 第71页共97页 可编辑 3 5 3超声波检测 ultrasonictesting UT 2 超声波检测的特点 1 超声波检测的优点是 穿透力强 设备轻便 检测成本低 检测效率高 能即时知道检测结果 实时检测 能实现自动化检测和实现永久性记录 在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类缺陷特别敏感等等 2 超声波检测的缺点是 通常需要耦合介质使声能透入被检物 需要有参考评定标准 特别是显示的检测结果不直观 因而对操作人员的技术水平有较高要求等等 此外 对于小而薄或者形状较复杂 以及粗晶材料等的工件检测还存在一定困难 3 5无损检测技术 第72页共97页 可编辑 3 5 3超声波检测 ultrasonictesting UT 3 超声波检测的应用超声波检测是应用最广泛的一种重要的无损检测技术 超声检测技术 例如用于医疗上的超声诊断 如B超 海洋学中的声纳 鱼群探测 海底形貌探测 海洋测深 地质构造探测 工业材料及制品上的缺陷探测 硬度测量 测厚 显微组织评价 混凝土构件检测 陶瓷土坯的湿度测定 气体介质特性分析 密度测定 等等 超声波在液体介质中传播时 达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击 基于 空化现象 从而引出了 功率超声应用 技术 例如 超声波清洗 超声波钻孔 超声波去毛刺 统称 超声波加工 等 另外 利用强功率超声波的振动作用 还可用于例如塑料等材料的 超声波焊接 此外还有超声频谱分析法 超声波计算机层析扫描技术 超声全息技术等 3 5无损检测技术 第73页共97页 可编辑 3 5 3超声波检测 ultrasonictesting UT 3 超声波检测的应用 3 5无损检测技术 第74页共97页 可编辑 3 5 4射线检测 radiographictesting RT 1895年11月8日 德国科学家伦琴 1845 1923 利用气体放电管在实验室中发现了一种可以穿透物体的贯穿性辐射 由于当时对这种辐射的性质还不了解 所以被命名为X射线 后来 人们为了纪念伦琴这一伟大的贡献 又把这种射线命名为伦琴射线 时隔一年 由享利 贝克勒耳 1852 1908 在利用铀盐和感光板进行实验时 发现了铀能够发射一种类似于X射线的辐射线 经过进一步研究 表明产生辐射是某些元素具有的特性 并存在一定的定量关系 特别是产生这种辐射的原子以它特有的速率衰变成新的原子 这种辐射就是 射线 1915年开始利用X射线和 射线去透照物体 并在感光板上获得物体的影像 这就是最早的射线照相技术 第二次世界大战期间 随着飞机等军事工业的发展 苏联 美国等工业先进的国家 为了保证战斗机的质量 在飞机制造过程中广泛开始利用X射线和 射线对飞机的重要零部件进行射线照相 使这一技术逐步成熟并趋向实用 3 5无损检测技术 第75页共97页 可编辑 3 5 4射线检测 radiographictesting RT 1 射线检测 照相法 的特点射线检测是一种常用于检测物体内部缺陷的无损检测方法 它几乎适用于所有的材料 检测结果 照相底片 可永久保存 但从检测结果很难辨别缺陷的深度 要求在被检试件的两面都能操作 对厚的试件曝光时间需要很长 观察一张透射底片能够直观地知道缺陷的两维形状大小及分布 并能估计缺陷的种类 但无法知道缺陷厚度以及离表面的位置等信息 要了解这些信息 就必须用不同照射方向的两张或更多张底片 另外 在进行检测时 还必须注意到射线辐射对人体健康 包括遗传因素 的损害作用 X射线在切断电源后就不再发生 而同位素射线 如 射线 是源源不断地发生的 同时 还应特别注意 射线不只是笔直地向前辐射 它还可通过被检物 周围的墙壁 地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播 其次还应注意 X射线装置是在几万乃至几十万伏高电压下工作的 虽通常有充分的绝缘 但也必须注意防止意外的高压危险 3 5无损检测技术 第76页共97页 可编辑 3 5 4射线检测 radiographictesting RT 2 X射线 射线检测装置在工业检测上使用的X射线是由一种特制的X射线管产生的 X射线检测装置通常分为两大类 一类为移动式X射线机 另一类为便携式X射线机 前者通常体积和重量都较大 适合于实验室或车间使用 它们一般采用的电压 电流也较大 可以投射较厚的物体和工件 而后者则体积小 重量轻 适用于流动性检验或大型设备的现场探伤 射线检测装置的结构比X射线检测装置要简单得多 价格便宜 使用方便 射线检测 探伤一般多采用照相方法进行工作 射线检测装置使用灵活方便 不易发生故障 并且能按照需要的情况发射一定宽度的锥形射线束或进行圆周曝光探测管形工件的缺陷 但必须很好地做到预防 射线对人体的危害 3 5无损检测技术 第77页共97页 可编辑 3 5 4射线检测 radiographictesting RT 3 5无损检测技术 管道焊缝X射线检测 第78页共97页 可编辑 3 5 5涡流检测 eddycurrenttesting ET 经典的电磁感应定律和涡流电荷集肤效应的发现 促进了现代导电材料涡流检测方法的产生 1935年第一台涡流探测仪器研究成功 五十年代初 德国科学家霍斯特发表了一系列有关电磁感应的论文 开创了现代涡流检测的新篇章 1 涡流检测的基本原理涡流检测是以电磁感应原理为基础的 3 5无损检测技术 图示为 新钢钒热轧板厂职工在进行轧辊涡流探伤作业 第79页共