轮机维护及修理 第五章(培训教材)

Chapter5船机零件的缺陷检验与故障诊断FlawDetectionandFaultDiagnosisSunday,February5,2023课程目标1重点无损检验概念2难点船机故障诊断3知识点零件缺陷一般检验零件无损检验（方法、使用范围）Sunday,February5,2023什么是零件缺陷？为什么船机零件会有缺陷？？零件使用过程：零件产生过程：上述各环节可能导致零件出现的明显缺陷有：发纹、裂纹、折叠、夹层、缩松和未焊透等。磨损腐蚀疲劳、材料老化等通过不断进步的核心技术、优良设计、精益制造、严格质检，尽可能避免。设计选材毛坯机加工……这些缺陷随时间t↑→加剧。只能减缓，难以避免！所以零件有使用寿命。Chapter5船机零件缺陷检验与故障诊断缺陷Sunday,February5,2023Chapter5船机零件的缺陷检验与故障诊断？2.什么是零件的故障？零件缺陷与故障的关系？零件功能的丧失当缺陷发展到一定程度，可能引发零件丧失功能（故障）。零件缺陷是否导致？零件功能丧失判断缺陷的程度？需检验或监控判断是否引发故障？需诊断结论：零件缺陷对船机设备而言,既危险又难以避免，到一定时间总要出现。故需采用一定方法对缺陷进行检测和对机械故障进行诊断。Sunday,February5,2023实例佐证：船舶动力装置如何保证其运转可靠性？1.船机在制造和安装中，需严格质量检验，并通过船级社检验，获取船级证书。2.在航船舶需保持船级。即保持其入级的良好技术状态，要进行各种技术检验，如年度检验、中间检验、坞内检验和特别检验等。3.船机在使用过程中，轮机员要对其进行日常维护管理。对零件进行各种检查与测量，对有缺陷的设备进行有计划地维修，严重缺陷需进厂维修，以防止故障发生。综上可看出：检验在严把船舶质量关方面，起着重要作用。引言Sunday,February5,2023引言机器检测方法，是从医学的检查、诊断方法中学习、模仿得来的。检查、诊断方法和原理与目前采用的疾病诊断方法类似。两者对比如下Sunday,February5,2023医学诊断方法

设备诊断方法

原理及特征信息

X射线、超声波检测等无损检测直接观测内部的缺陷中医：望、闻、问、切西医：望、触、扣、听、嗅听、摸、看、嗅通过形貌、声音、温度、颜色、气味的变化来诊断。听心音、做心电图振动与噪声监测通过振动的大小和变化规律来诊断。量体温温度监测观测温度的变化验血验尿油液分析观测磨粒（细胞）的形态、成分等。问病史查阅技术档案资料找规律、原因、做判断等医学诊断与设备诊断的比较Sunday,February5,2023本章重点1.掌握各种缺陷的检测方法、特点及其适应范围，达到能够正确选用的目的；2.了解无损检验的基本原理、特点；3.了解常用的故障诊断方法（振动与噪声监测、油液监测、性能趋势监测、温度监测）、基本原理及在船舶机械中的应用。Sunday,February5,2023本章内容§5-1船机零件的缺陷检验（FlawDetection）§5-2船机故障诊断技术（FaultDiagnosis）☆思考题Sunday,February5,2023§5-1船机零件的缺陷检验

（FlawDetection）一、船机零件缺陷的简易检验方法二、船机零件缺陷的无损检验零件的缺陷检验说明：一般在船舶航行条件下，轮机员采用简易方法对缺陷零件进行检验，以判断零件的可使用性；船舶进厂修理时，对重要零件的缺陷，需进行无损检验。⊕Sunday,February5,2023一、船机零件缺陷的简易检验方法缺陷简易检验方法1、观察法（直观检验）2、听响法3、测量法4、液压试验法Sunday,February5,20231、观察法又称，（直观检验）DirectCheck检查人员用眼睛或借助放大镜等观测零件表面的裂纹、磨损、腐蚀等情况。其准确程度与检验人员的细心与经验有关。Sunday,February5,20232、听响法适用范围：适用于小零件，只能进行定性分析，不能确定缺陷种类、大小和部位。准确度依赖于检验人员的经验。应用：在生活中应用较多，如买锅、买碗等。船机零件：用于检验轴瓦瓦壳与瓦衬结合情况。敲击零件发出声音判断零件缺陷原理：声音清脆表明零件完好或零件表面上的覆盖层结合良好声音沙哑表明零件内部或表面有缺陷，或其表面上的覆盖层结合不良、局部脱壳等。Sunday,February5,20233、测量法原理：通过测量检测零件尺寸、配合间隙等，掌握零件磨损和腐蚀情况等。类别：直接测量和间接测量。量具：通用量具：内、外径千分尺、百分表、塞尺等。专用量具：如桥规（检查主轴承磨损情况）、样板（如检查活塞顶的烧蚀情况）等。应用：在船上用内径千分尺检查缸套的内径，计算圆度误差和圆柱度误差。测量精度取决于量具、量仪的精度和测量技术水平。Sunday,February5,20234、液压（气压）试验法原理：通过检查表面有无渗漏现象，检查表面有无穿透性裂纹等。适用范围：适用于密封性要求较高零件。（是一种无损检验方法）试验介质：水或油或空气，依有关要求定。试验压力：依零件工作条件而定。如柴油机气缸盖冷却水腔、缸套外缘水腔试验压力为：0.7MPa，保持5min；缸套上部(1/3气缸全长)燃烧室组成部分，试验压力为1.5pz（爆发压力）。

Sunday,February5,2023二、船机零件缺陷的无损检验

（Non-Destructive-Testing=NDT）缺陷（特别是内部缺陷）的两种检测方法：1）破坏法即破开被检测对象，检查内部的质量。虽然可靠，但对零件的检验是行不通的。2）无损检验在不破坏零件的条件下，探测零件表面及内部缺陷的方法,称为无损探伤。Sunday,February5,2023二、船机零件缺陷的无损检验目前国外，常使用下列3个名词：1）无损检测（NondestructiveTesting=NDT）2）无损检验（NondestructiveInspection=NDI）3）无损评价（Nondestructive

Evaluation=NDE）NDT：泛指材料和设备各种场合中使用的检测方法；NDI：指设备验收和在役情况下的检验；（NDT与NDI意思相近）NDE：是无损检测更高层次的发展，着重对缺陷的危险程度进行评价。我国无损检测技术从50年代开始，目前几乎所有方法都有实际应用。中国机械工程学会无损检测学会，目前挂靠在上海材料研究所。⊕Sunday,February5,2023二、船机零件缺陷的无损检验无损探伤的种类：常规检测方法1.渗透探伤2.磁粉探伤3.超声波探伤4.射线探伤5.涡流探伤无损检测新技术1.声发射技术2.激光全息检测技术3.红外检测技术4.微波检测技术等‥‥‥Sunday,February5,20231、渗透探伤（PenetrateTesting=PT）

1）概述方法：将渗透剂涂于构件被测表面，当表面有开口性缺陷时，渗透剂就渗透到缺陷中，去除表面多余部分，再涂显象剂，在合适光线下观察缺陷痕迹，判断缺陷种类和大小。此法称为~。——是最简单、最古老无损检测方法，用于检测金属与非金属材料的表面裂纹。原理：利用液体流动性、渗透性，借助表面裂纹的毛细管作用，将表面细微裂纹显示出来。优点：成本最低，设备简单，操作方便，适用于所有材料，显示直观，灵敏度比眼看高5～10倍。缺点：仅适用于表面开口型缺陷类型，灵敏度不太高，不便于实现自动化，无深度显示。思考：灵敏度与什么因素有关？未焊透的焊缝，能否用渗透探伤检查？Sunday,February5,2023渗透探伤的类别方法1：煤油白粉法操作：将洗后零件浸入煤油中或涂抹煤油于零件表面，经15～30min，擦干涂白粉，干燥后适当敲击或加热零件，渗入缺陷的煤油会复渗于白粉上，出现黑色痕迹。缺点：太小裂纹不易显示(裂纹宽度≮0.01mm，裂纹深度≮0.03mm)。方法2：着色探伤DyePenetrationInspection原理同上。区别：渗透剂(Penetration)是有颜色(如红色)溶液，显象剂(Developer)

白色液体，便于观察。方法3：荧光探伤FluorescentPenetrationCrackTesting渗透剂为荧光物质，用（水银石英灯）紫外线照射，缺陷内渗透剂发出荧光，显示出表面裂纹。缺点：需紫外线发射装置，暗室中进行，对人体有害。方法4渗透检漏常用煤油检漏。容易观察一面涂白粉，另一面涂煤油Sunday,February5,2023渗透探伤的类别煤油白粉、着色、荧光探伤的比较：荧光探伤着色探伤煤油白粉法灵敏度＜简单容易度荧光探伤着色探伤煤油白粉法＞＞＜Sunday,February5,20232、磁粉探伤（MagneticParticleTesting=MT）

或称磁力探伤。国外已有50年的历史，国内也有30多年。1）磁粉探伤原理铁磁性材料构件的表面或近表层有缺陷时磁阻大，一旦被磁化，则会有部分磁力线外溢而形成漏磁场，它对施加到构件表面的磁粉会产生吸附作用，因而显示出缺陷的痕迹，根据磁粉的痕迹来判断缺陷的大小、取向和位置等。漏磁场的强度和分布：取决于缺陷的长度、取向、位置（近表层）和被测表面的磁化强度。当缺陷垂直于磁化方向时，灵敏度最高；当缺陷平行于磁化方向时，则无磁粉痕迹显示。Sunday,February5,20232）磁粉探伤方法按分类方法不同有：按磁化电流性质分为：交流电磁化法和直流电磁化法；按显示介质状态和性质分为：干粉法、湿粉法和荧光磁粉法等；按磁化方法分为：直接通电法、局部磁化支杆法、心轴法、线圈法和铁轭法等。按磁场方向分为：①纵向磁化磁化后零件有平行零件轴线磁力线，可探测与轴线垂直或成一定角度缺陷。采用直流电或交流电通过线圈或铁轭磁化，如图5-3。②周向磁化零件内产生垂直零件轴线磁力线，探测轴向缺陷，即平行或近平行零件轴线的缺陷，如图5-4。③复合磁化零件上同时产生纵向和周向磁力线，可探测零件上任意方向上的缺陷，如图5-5。Sunday,February5,20233）磁化电流磁化电流可用直流或交流电。为获得强磁场和确保安全，选低电压大电流，一般电压在12V以下，1000～4500A（大电流），根据零件大小不同选择。特点：直流电磁化：磁场强度大，磁力线在零件截面上分布均匀，适用于表面缺陷或近表层缺陷（6～7mm）显示。但直流电设备复杂，使用不便，退磁困难，现在应用较少。交流电磁化：穿透力小，用于表面缺陷（集肤效应，1～1.5mm）。可探测表面以下2mm深度缺陷，探测灵敏度高，易于退磁，设备简单，电源方便，应用广。周向（横向）磁化检查平行于轴线方向的表面缺陷；纵向（轴向）磁化检查垂直于轴线方向的表面缺陷。Sunday,February5,20234）磁粉较细的纯铁磁粉——Fe3O4；干粉：灵敏度高，但操作不便；湿粉：把磁粉和煤油混合成湿粉，使用方便。Sunday,February5,2023磁粉探伤注意事项1）零件表面预处理：去污、去涂层、铁锈等。2）后处理：退磁，以免影响零件的正常工作。零件磁粉探伤后必须退磁，若探伤后还要经700℃以上热处理，则可不退磁。退磁磁粉探伤特点优点：比渗透探伤灵敏，能探测表面和近表层的缺陷；容易掌握、结果直观等。缺点：仅适用于铁磁性材料的零件，无深度显示，仅对与磁力线垂直的缺陷敏感。⊕Sunday,February5,2023小结1.磁粉探伤用于检测铁磁性材料及其构件的表面和近表层的缺陷（缺陷类型：裂纹、重叠、分层等，对裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。）2.设备：有固定式、移动式和手提式三种磁力探伤机。3.发展方向：目前已研制成半自动、全自动磁粉探伤线和专用自动探伤机，如曲轴半自动探伤机、钢材自动磁粉探伤机。除部分项目或磁痕检查仍用目测外，磁粉探伤从零件装夹、磁化、喷粉到退磁等工序全部自动化。发展水下磁粉探伤，对船体水下部分、海上石油钻井平台的水下焊缝、海底管道等进行检测。新进展：在探伤设备上，开发了先进的旋转磁场探伤机，可一次探测显示全方位的缺陷，并可连续探伤。Sunday,February5,2023退磁原理退磁处理最重要的两个条件:1）磁极交迭方法：磁化电流采用交流电;交替改变直流电方向；转变磁场中试件的方向。2）磁场强度递减方式：试件渐离磁场或磁场渐离试件；由电源控制电流衰减或分段步降。目前世面上的退、脱、消磁机（器）型号、规格多种多样，退磁的对象、效果有所不同，但都是根据上述原理设计、生产制造出来的。⊕Sunday,February5,20233、超声波探伤（UltrasonicTesting=UT）

1)概述超声波探伤:利用超声波来检查金属或非金属材料零件内部缺陷的方法，称为超声波探伤。在船上的应用较广。参考B超体检◎Sunday,February5,20231）概述超声波的概念：人耳的听觉范围（声波频率）：16Hz～20kHz；频率＜16Hz的声波为次声波；频率＞20kHz的声波，为超声波。超声波特点：频率高，波长短，穿透力强，在介质中直线传播。高频率的超声波能形成很窄的波束，即具有指向性。传播方式：超声波在介质中随振源在介质上施力方向与声波传播方向不同分为：纵波、横波和表面波。探伤用的超声波：0.5～25MHz，其中常用的0.4～5MHz。特殊要求的检测频率可达10MHz～50MHz。Sunday,February5,2023超声波的原理超声波探伤中使用的单晶体有：石英、酒石酸钾钠、硫酸锂等，压电陶瓷有：钛酸钡（BaTiO3）、钛酸铅（PbTiO3）等。利用石英、钛酸钡的正压电效应产生发送超声波，逆压电效应接收超声波。将高频振动（超声波）作用在晶体上，在晶体两个电极之间产生与超声波相同频率、强度及与超声波成正比的高频电压，即接收超声波。Sunday,February5,20232）探伤原理：超声波入射到构件后，如果遇到缺陷（或两种介质的界面）会出现折射或反射，用探头（注：探头可以产生超声波、发射超声波和接受超声波）接受，变成电信号，经放大显示在屏幕上，根据波形来确定缺陷的部位、大小和性质。波形上有三个波：底面回波B、缺陷回波F和入射波T。根据底波B与缺陷回波F之间的信号差别，便可知缺陷是否存在、性质、部位及其大小。★根据波形的特征，判断缺陷的有无及性质（裂纹、气孔、杂质等）。★根据X=LF/LB*T，得到缺陷的位置；LB－－始波与底波之间的距离。★根据缺陷回波的高度，判断缺陷的大小。⊕Sunday,February5,20233）超声波探伤特点优点：适用的材料广（金属与非金属均可）；可在构件的一侧实现检测（厚度5～3000mm）；适合于自动化与计算机处理与显示；成本低；可显示内部缺陷。缺点：对探伤人员的素质要求高，如果无外围设备，显示结果不可重现，有时结果难以解释。先进的仪器很昂贵；对零件表面粗糙度有较高要求（＜Ra6.3μm），表面探测有盲区：一般为5～7mm）。⊕Sunday,February5,2023正压电效应与逆压电效应

正压电效应：某些单晶体和多晶陶瓷在应力作用下产生应变时，晶体内产生极化或电场，称为正压电效应。逆压电效应：

当晶体处于电场中时，由于极化作用在晶体内产生应力或应变，称为逆压电效应。Sunday,February5,20234、射线探伤（RadiographyTesting=RT）

1）概述定义：利用X射线或射线来检验零件内部缺陷的方法，称为射线探伤。原理：不同的物质对射线的吸收和衰减作用是不同的。当射线穿过密度大的物质时，被吸收的多，由于缺陷处的密度与金属本身的密度不同，因此在零件下面的底片上就会产生不同的感光度，即在底片上显示出零件内部缺陷的大小、种类、分布状态等。射线比X射线的穿透力强，但灵敏度不如X射线。2）特点优点：适用于所有材料，底片可永久保存，可展示内部缺陷的大小、形状和位置等。缺点：射线对人体有害，缺陷的深度很难辨别，成本高（底片、暗室。化学药品等），厚件的曝光时间长，零件的两面都能操作等。3）发展方向现有常规设备的改进（如；减少重量和体积等），计算机的应用，提高胶片的质量（系列化），开发便携式可移动的高能射线加速设备等。Sunday,February5,20235、涡流探伤（EddyCurrentTesting=ET）

1）原理利用电磁感应原理，使被检件表面感应出涡流，零件中存在缺陷时会改变涡流的强弱，涡流产生反作用磁场，又使检测线圈的阻抗发生变化，通过检测线圈阻抗的变化，判断缺陷的有无，此探伤方法称为涡流探测法。2）特点优点：可探测零件表面0.11mm～0.2mm深处的缺陷，灵敏度较高，检测速度快，易于实现高速自动化检测；属于电学测量法，容易实现自动化和计算机化；设备可以很轻，可以原地探恻；对封闭在表层下的缺陷有很高的检测灵敏度；探伤深度比磁粉探伤深；能提供缺陷的深度信息；属非接触式的检测方法等。缺点：理论复杂；距表层较深的缺陷难检测（集肤效应）；影响因素多；涡流探伤仅适用于导电材料，对缺陷显示不直观，不适于形状复杂零件的探伤。3）发展方向分析方法：相位分析、相关分析、幅值分析等。计算机的应用和探头的改进（旋转探头、扇形探头等）。Sunday,February5,20231.声发射技术(AcousticEmission＝AE)

原理：对疲劳裂纹产生与扩展时（均有应变能产生），发出弹性波的监测。是快速、动态、整体的NDT方法。声发射检测是一种动态无损检测技术，是利用加载条件下零件内部缺陷活动发射出声波信号来探测缺陷。而其它无损检测则是静态的，是外加信号检测零件内部缺陷。特点：1）除极少数材料外，金属和非金属材料在一定条件下均有声发射现象，所以声发射检测不受材料限制；2）不仅可以探测缺陷，且可依声发射波的特点和诱发条件了解缺陷形成和预测其发展；3）操作简便，可大面积探测和监视缺陷活动情况；4）（缺点）声发射检验时环境有很大的干扰噪声。Sunday,February5,20232.激光全息检测技术原理：空间成像，缺陷的立体形态。类似于医院CT等。Sunday,February5,2023综合探伤法由于各种方法各有特点及最适用的探测对象和应用范围，所以要综合应用，即合理地将各种方法配合使用，达到好的检测效果。具体是：1）以磁粉探伤或渗透探伤检测表面缺陷；2）以涡流、磁力探伤检测近表层缺陷；3）以超声波探伤检测内部缺陷，找出疑点；4）用射线探伤对内部疑点进行透视检查。船机零件及毛坯无损探伤参见p60表5－1。⊕Sunday,February5,2023小结：序号检测方法缩写适用的缺陷类型基本特点1超声波探伤法

UT内部缺陷速度快，平面型缺陷敏感

2射线探伤法RT

内部缺陷直观，对体积型缺陷敏感

3磁粉探伤法MT

表层缺陷仅适用于铁磁性材料4渗透探伤法PT

表层开口型缺陷操作简单5涡流探伤法ET表层缺陷适用于导体材料的构件6声发射检测法AE缺陷的萌生和扩展动态监测方法注：表层缺陷包括：表面缺陷和近表层缺陷。Sunday,February5,2023§5-2船机故障诊断技术

1概述(Summary)1.1故障诊断(FaultDiagnosis)1.2设备工况监测1.3发展简介2性能趋势监测

(PerformanceMonitoringTechnique)2.1性能参数分析法2.2振动与噪声监测(Noise&VibrationMonitoring)2.3油液分析(OildebrisMonitoringorWearMonitoring)Sunday,February5,20231.1故障诊断定义：故障诊断是在船机运转状况下，利用其显示出的一切外部信息，来判断、识别内部状态的技术。是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。通俗的讲，就是给机器或设备“看病”的技术。1）船机状态信息2）故障诊断过程3）故障诊断技术的应用⊕Sunday,February5,20231）船机状态信息船机状态恶化就会产生相应于状态变化的各种信息，并显示出来。这些信息主要有以下三种类型：①机械信息与功能有关的信息有：力、压力、扭矩、转速等；其他运转状态信息有：振动、声音、温度等；

②电磁信息主要有：电流、电压、电磁感应密度、导磁等信息；③化学信息机械状态恶化产生的气、液、固体等信息，例如排烟、磨损产物、润滑油变质等信息。⊕Sunday,February5,20232）故障诊断过程三个阶段工作（1）信息采集（2）数据处理（3）状态识别、判断和预测选择测量点；选用传感器采集信息，如温度、压力或振动传感器。采集故障信息可选用连续监控方式或定期（定时）停机检测方式获取，同时可选用直接测定或间接测定。或称特征提取。把原始信息进行处理，获取反映故障最敏感的性能参数。根据特征参数，参照相应规范、运用各种知识和经验，对机器状态进行识别。对早期故障进行诊断，对故障的部位、原因和程度作出判断，对其发展趋势进行预测，为确定维修决策提供技术依据。识别的方法主要有对比、分类、聚类、辨识和推理等。发展方向：将先进的传感技术、信息处理技术与船机设备诊断领域专家的丰富经验和思维方式相结合形成船机设备故障诊断专家系统。专家系统实际上是人工智能计算机程序系统，它利用大量专家的专门知识、经验和方法解决实际的复杂故障诊断问题。所以，称这种诊断为基于知识的故障诊断，它是智能诊断，是故障诊断的发展方向。⊕Sunday,February5,20233）故障诊断技术的应用目前主要采用性能监控、振动分析和油液监测等故障诊断技术。在船上主要对机舱中重要设备和效能发挥不良经常发生故障的重要零部件采用故障诊断技术，如：气缸、活塞组件和主轴承等。Sunday,February5,20231.2设备工况监测设备工况监测或称状态监测，与故障诊断技术不同。它是通过测定机器某个较为单一的特征参数，例如温度、压力、振动等，来探明机器工作状态正常与否。若特征参数在允许范围之内则状态正常，否则异常。依照异常程度确定维修对策。通过对机器进行定期或连续监测可以了解故障发展的趋势性规律，从而对机器运转状态进行预测。所以状态监测又称为趋势分析。Sunday,February5,20231.3发展简介故障诊断在船舶上的应用始于50、60年代，60年代起步、70年代完善、80年代进入实用。至今只有不到30年的发展历史。故障诊断是船舶自动化、无人机舱的前提，是实现视情维修（状态维修）的关键。目前在先进的船舶机械中，已经有较为广泛的应用。⊕Sunday,February5,20232.1性能参数分析法p621）具体方法2）种类4）性能参数监测注意的问题5）柴油机的性能参数监测实例3）性能参数分析法特点Sunday,February5,2023性能参数分析法——又称性能监控，是船机故障诊断的核心技术。1）具体方法:利用传感器或仪器、仪表，测定船机设备的各项性能参数（如温度、压力、转速、油耗等），将这些参数进行处理，然后同基准参数值进行比较，得到结论（如偏高、偏低、过高、过低等），从而可以看出机械在性能方面存在的问题，并进行分析判断其故障部位及发展趋势。“趋向分析”:侧重于多次监测结果之间的比较及参数的变化趋势。性能参数分析法诊断故障，早在船舶蒸汽机时代就已采用，轮机员用“听、摸、嗅、看”来了解主、辅机的运转参数，进而通过人脑快速思维分析判断机器的运转状况和运转趋势。例如，用手触摸柴油机高压油管，依其脉动情况判断高压油泵的工作状况。Sunday,February5,20232）性能参数分析法的种类根据监控手段和数据处理方法的不同有：（p62）种类图示法检测装置和监控系统性能参数的比较方法★对标比较：将测得的数据与标准值进行比较；★纵向比较：将本次测得的数据与以往的数据进行比较；★横向比较：将测得数据与周围同种设备的性能指标进行比较，如某缸的数据与其它气缸的数据进行比较。一般步骤为：测量记录分析，具体实施时有以下几种方法：★由操作人员记运行日记，这种方法最原始，仍在用；★半自动化系统：仪表测量或遥测，并自动显示；★自动化系统（或专家系统）：自动进行测量、记录、分析处理、打印输出、自动报警和进行干预等。

Sunday,February5,2023性能参数分析法的特点优点：简单易行，无须添置复杂的设备，设备上的仪表往往就是监测仪器。缺点：对一些早期故障不敏感，有时故障发展到一定的程度才会导致性能参数的变化。特点Sunday,February5,20234）性能参数监测注意的问题①选择的监测参数应与故障之间应具有较高的的灵敏度和较好的对应性；②选择的监测参数最好能借助于机械上现有的仪表就可测得或添置较少的测量仪器即可；③监测参数应具有足够的信息量，并具有典型意义；④注意监测数据的积累、加工处理等，从中归纳出有规律的东西；⑤注意诊断规则与经验的积累，为创建专家系统做准备。Sunday,February5,2023柴油机的性能参数监测实例1）监测参数①输出功率：总的技术指标，与燃烧系统的故障关系密切，一般规定功率下降20％为大修标准。②燃油消耗率：经济性指标。③其它：如滑油温度、冷却水温、滑油（或冷却水）压力、曲柄箱压力和柴油机瞬态转速、废气温度等。2）柴油机拉缸的监测拉缸是柴油机的一种常见故障。常见的外部特征有：柴油机曲柄箱通气口的排烟明显增多、转速自动降低、功率下降、机油温度明显升高、振动加剧等，根据这些参数的特征变化，就可诊断故障是否存在。3）利用安装在机器上的传感器，扫描各监测点的性能参数（如温度、压力、速度等），通过计算机记录、处理和显示，进而可以分析判断故障。Sunday,February5,2023活塞环磨损监测装置（SIPWA）p62利用安装在气缸扫气口处的传感器检测特制的顶环——第一道活塞环外圆面上镶嵌一圈非磁性材料的楔形环带。当顶环通过扫气口时，传感器测量楔形环带宽度变化，实现对活塞环径向磨损的监控，并显示于屏幕上，如图5-10所示。当燃油净化不良时，顶环磨损增加，SIPWA给出警示，轮机员及时采取措施。应用计算机自动监测和诊断故障的性能监控系统可以对整个柴油机动力装置进行监控，也可以对机器、零部件的工作过程进行监控。例如PAC监控系统可对动力装置中发动机运转、废气涡轮增压器运行、活塞环工作状态、气缸的润滑和磨损、气缸热负荷、燃烧和喷油系统等进行监控。DMC监测系统可对缸内燃烧和喷射过程进行监控。Sunday,February5,20232.2振动与噪声监测(Noise&VibrationMonitoring)机械系统的振动和噪声是最重要的诊断信息，是机器运转过程的一种属性，即使最精密的机器也不可避免地产生振动和噪声。应用：应用广，理论和测量技术比较成熟，是一种非常重要的诊断方法。性质：噪声是不规则振动在空气中传播引起的，从本质上讲也是振动。根据声响的差异进行诊断是古老而有常用的方法。过去是靠人耳的感觉和经验进行，现在借助于仪器（如录音机、频谱分析仪等）进行。1）原理：每一零件都有自己的固有振动频率，振动特性的突变，一定是由于某种原因引起的，通过测量振动随时间的变化曲线（时域曲线），对波形进行分析（幅域分析、频域分析、时域分析等），找出特征信息，进行诊断（部位和原因）。Sunday,February5,20232.2振动与噪声监测2）振动检测技术的内容①振动信号的测取依振动信号的频率选配传感器（对应于低、中、高频振动信号，选择位移、速度、加速度传感器）。加速度传感器使用最普遍。②信号处理用信号分析仪对采集的信号处理，过滤掉振动波形中无意义而有害的波，加工成便于分析的信号。——为振动检测技术的核心。③状态识别提取故障信息频谱，与测取加工后的波形对照，对机器状态作出判断，对原因进行分析。④诊断决策依诊断结果确定防止或消除的对策，预测状态变化的趋势等。Sunday,February5,2023振动与噪声监测应用噪声分析在机务管理中的应用，可确定吊缸时间和预测零件达到磨损极限的时间等。Sunday,February5,2023实例1、利用缸套的振动响应判断间隙的变化：实测条件：现场监测时，由于传感器是难以置于缸套上，故把传感器安放在机体上，所测的信号也能反映缸套间隙的变化引起的机体的横向振动。实验证明缸套与机身的振动加速度响应功率谱特征完全相同。Sf为缸套振动加速度功率谱；为某105型柴油机的冷态间隙值。下图说明：不同间隙时，功率谱有明显的差别，即振动能量的分布有明显差别。Sunday,February5,2023注：Sf不同气缸间隙时机身的振动加速度功率谱。从图中可见：小间隙时，能量主要集中在第一频带内；大间隙时，能量主要集中在第二频带。当功率谱中，高频成分明显增加时，可判断为拉缸的前兆。⊕Sunday,February5,20232.3油液分析

(OildebrisMonitoringorWearMonitoring)定义：指收集润滑剂,对润滑剂的性质及润滑剂中的微粒进行定性和定量分析,以判断机器工作是否正常,进行故障诊断和预报的方法。应用：使用较广,是目前中国船级社推荐使用的监测方法。常用油液分析方法如下:油液检测技术油样理化性能分析油样磨损微粒分析经验法滤纸法常规化验法磁塞法光谱分析法颗粒计数器法铁谱分析法Sunday,February5,20231油样理化性能分析润滑油的理化性能指标有：1）粘度：主要指标,对润滑状态影响最大,必检指标。2）总碱值：防止造成机械设备的酸腐蚀。3）水份：会造成油的乳化,难以形成油膜,使润滑效果变差,此外还会加速设备的腐蚀。4）油性(或极压性)表示油膜的吸附强度,取决于油的化学成分。5）闪点：表示油着火危险性的指标,决定了工作温度的高低。6）凝点：低温性能。7）机械杂质：油中的各种沉淀物,如砂土、磨粒等,反映油品的纯洁性,含量高时会加速磨料磨损。8）其它：如灰分、残炭、水溶性酸碱等。使用时可根据实际情况,选择其中几个进行监测,达到对设备润滑条件监测的目的。Sunday,February5,20232油样磨粒分析1）磁塞检测2）光谱分析3）铁谱分析Sunday,February5,20231）磁塞检测(MagneticChipDetector)

利用安装在润滑系统中一个磁性探头，采集润滑油中的铁磁性磨粒,然后进行分析。如p66图5－11。特点：①是一种简单的在线监测方法；成本低，已经成功地用于航空发动机的监测；②一般只能收集大的磨粒，尺寸范围在25～400μm，小磨粒磁矩小，不易收集；③当磁性探头达到饱和后，磁头就失去吸附磨粒的能力，可能会失去很多的信息，④探头要经常更换，一般25～27小时更换一次，比较繁琐；⑤一般适用于单一摩擦副的监测(如齿轮、轴承等)。Sunday,February5,20232）光谱分析

（SpectrometricOilAnalysisProgram＝SOAP）光谱分析是利用原子或分子的发射与吸收光谱，进行物质化学成分及含量分析的物理方法。利用光谱分析的方法,鉴别润滑油中磨粒的成分和数量,据此预测被监测对象的磨损状态的方法,称为光谱油料分析。光谱分析的基本原理利用各种分子或原子都有自己的特定的光谱波长。根据分析特征光谱是否出现及出现的强弱,来分析化学成分。如:部分元素的特征谱线波长为：铜(Cu)3247埃；铁(Fe)3270埃；铅(Pb)2833埃；铝(Al)3092埃；锡(Sn)2354埃。发射光谱分析原子吸收光谱分析光谱分析的类型Sunday,February5,2023原子发射光谱分析(EmissionSpectrometricAnalysis)

基本原理利用物质(或试样)受电能或热能激发后,辐射出的特征谱线来判断物质组成(化学成分)的方法,称为原子发射光谱分析法。油料进行光谱分析时,热能(或电能)能把润滑油中所含的Fe、Ni、Cr、Cu等元素激发,然后根据这些金属杂质发出的特征谱的强度对这些元素进行定量分析。产品类型美国的Baird公司生产的MOA型直读式发射光谱仪和超谱公司生产的超谱M型光谱仪是目前较为先进的发射光谱仪，用光电倍增管把光信号转变成电信号，直接给出分析结果，整个程序由计算机控制。优点：操作简便,分析速度快(美国的仪器,30秒内便可测定一个油样中10种元素的含量)，读数准确，分析容量大,适用大规模含有多种材质摩擦副(如柴油机)的设备群体的监测。缺点：价格昂贵(6万美元)，安装条件严格，试验费用高，现场难以推广；只能对油中<10μm的磨粒提供分析结果，而对较大磨粒(严重磨损状态时)不能反映。⊕Sunday,February5,2023原子吸收光谱分析

(AtomicAbsorptionSpectrometry="AAS")

a.定义利用测定试样所产生的原子蒸汽（基态原子）对待测元素特定波长的吸收来确定试样中该元素的浓度的方法，称为原子吸收光谱分析。b.油液原子吸收光谱分析的原理将油液中的磨粒热解原子化，根据原子蒸汽对各种不同波长的单色光源发出的特征辐射线吸收作用不同来确定油液中各种元素的含量。原子蒸汽的吸光度与原子浓度成正比。c.特点分析灵敏度高,精度高,适用范围广,取样量少。缺点：(1)测一个元素要换一个灯(光源)，比较麻烦；(2)乙炔法要用燃料，不方便，不安全；(3)只能给出油液中磨粒的元素含量，不能给出磨粒的形状、尺寸等信息。在判断磨损类型与预报突发性故障方面存在不足。Sunday,February5,2023光谱油料分析的实施

元素的来源1)金属元素(Fe,Ni,Al,Sn,Pb等)，来自金属零件的磨损产物；2)污染元素(Si,Ca等)，来自空气或冷却水；3)添加剂元素(P,S,Cl等)，来自油的添加剂。分析方法的实质根据油液中元素的种类及含量，反推出磨损零件及磨损的程度。元素的种类→磨损零件；元素的含量→磨损的程度。光谱分析判断标准通常情况下，滑油中元素的浓度值的高低，反映了磨损量的大小，因此，可以用元素浓度值的大小及变化趋势，作为判断故障的依据。各种机械，根据大量实验数据，经统计分析，对照验证，定出各种元素浓度的最大允许值，作为判断有无异常磨损的依据。Sunday,February5,2023光谱监测技术在柴油机中的应用

柴油机的摩擦副较多，影响因素复杂，要想判断磨粒的来源，必须对其中的各种摩擦副材料十分熟悉，光谱分析结果对判断磨粒的来源极其重要。右表可作为判断金属磨粒的来源的参考。序号元素可能发生磨损的零件1铝活塞、轴承2铜轴承3铬活塞环、缸套4铁缸套、曲轴、活塞环和凸轮轴5铅轴承6钼活塞环7镍阀门（耐热钢）8锡轴承9硅吸收的尘埃、型砂等光谱监测磨粒来源Sunday,February5,20233）铁谱监测技术

(FerrographicMonitoringTechnique)

铁谱监测的原理：将润滑剂流过一个高梯度强磁场，利用磁力把铁磁性磨粒或污染物微粒从润滑剂中分离出来，并按颗粒的大小有序地沉积,然后借助于光学或电子手段可以获得磨粒形貌、大小、浓度、成分等方面的信息。如p67图5－12测定的内容:1）磨粒的浓度和颗粒的大小，