第九章 设备故障诊断技术
第一节 设备故障概述
一、设备故障的定义和分类
设备在工作过程中，因某种原因丧失规定功能的现象称为故障。
（一）按故障发生、发展的进程可将故障分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障在发生之前无明显的可察征兆，而是突然发生的，且具有较大的破坏性。为了避免突发性故障，需要对设备的重要部位进行连续监测。渐发性故障是由于设备中某些零件的技术指标逐渐恶化，最终超出允许范围(或极限)而引发的故障。这类故障的发生与产品材料的磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，其特点是：
(1)故障发生的时间一般在元器件有效寿命的后期。
(2)有规律性，可预防。
(3)故障发生的概率与设备运转的时间有关。设备使用的时间越长，发生故障的概率越大，损坏的程度也越大。
（二）按故障的性质可将故障分为自然故障和人为故障。自然故障分正常自然故障和异常自然故障。正常自然故障一般具有规律性，如设备正常工作磨损引起的故障即属这类故障，这类故障会对设备的自然寿命产生影响。异常自然故障是因设计和制造不恰当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，这类故障带有偶然性，有时又具有突发性。人为故障是指设备运行中操作使用不当或意外情况造成的故障。
二、引起故障的原因
环境因素、人为因素和时间因素都是引起设备故障的外因。环境因素包括力、能、温度、湿度、振动、污染物等外界因素，这些因素将以各种能量形式对设备产生作用，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀，等各种形式的损伤，最终导致故障的发生。
人为因素包括设计不良、质量偏差、使用不当。可见，设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终都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。时间是形成故障的主要外因之一，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也不一定发生。诸如施加应力的先后顺序、单位时间内应力循环的次数、疲劳裂纹扩展的速度以及负荷时间与无负荷时间的比例都是故障诱因的时间因素。常见的磨损、变形、裂纹、腐蚀等故障机理都与时间有密切关系。
三、描述故障的特征参量
可以用直接特征参量或间接特征参量来描述故障。直接特征参量包括设备或部件的输出参数、设备零部件的损伤量。以设备或部件输出参数作为故障特征参量一般难以发现早期故障。另外，这类故障特征参量只能用以判断设备工作能力的强弱，只表明有无故障，而无法判断故障部位、故障形式及故障原因。引起设备故障的各种损伤量，如变形量、磨损量、裂纹大小、锈蚀程度等都是判断设备技术状态的特征参量。这类特征参量都是引起故障的直接原因，它们不仅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其数量值可以表示故障的严重程度及发展趋势。用设备零部件的损伤量判断设备故障，通常是在故障诊断的第二阶段进行，即在检测了设备输出参数或其他故障信息以后，认为有必要进一步查明设备工作能力降低或故障发生的直接原因时，才进行损伤量的测量。
间接特征参量即二次效应参数，主要有设备在运转过程中产生的振动、声音、温度、电量等等。作为故障信号的二次效应参数比较多，而且对于不同的故障和频率范围，二次效应参数与故障判断之间的灵敏度和有效性也不完全相同。因而在故障诊断中，就存在一个合理选择特征参量的问题。用间接特征参量进行故障诊断的主要优点是可以在设备运行中以及不做任何拆卸的条件下进行诊断。其缺点是间接特征参量与故障间常存在某种随机性。
第一节 设备故障概述
一、设备故障的定义和分类
设备在工作过程中，因某种原因丧失规定功能的现象称为故障。
（一）按故障发生、发展的进程可将故障分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障在发生之前无明显的可察征兆，而是突然发生的，且具有较大的破坏性。为了避免突发性故障，需要对设备的重要部位进行连续监测。渐发性故障是由于设备中某些零件的技术指标逐渐恶化，最终超出允许范围(或极限)而引发的故障。这类故障的发生与产品材料的磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，其特点是：
(1)故障发生的时间一般在元器件有效寿命的后期。
(2)有规律性，可预防。
(3)故障发生的概率与设备运转的时间有关。设备使用的时间越长，发生故障的概率越大，损坏的程度也越大。
（二）按故障的性质可将故障分为自然故障和人为故障。自然故障分正常自然故障和异常自然故障。正常自然故障一般具有规律性，如设备正常工作磨损引起的故障即属这类故障，这类故障会对设备的自然寿命产生影响。异常自然故障是因设计和制造不恰当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，这类故障带有偶然性，有时又具有突发性。人为故障是指设备运行中操作使用不当或意外情况造成的故障。
二、引起故障的原因
环境因素、人为因素和时间因素都是引起设备故障的外因。环境因素包括力、能、温度、湿度、振动、污染物等外界因素，这些因素将以各种能量形式对设备产生作用，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀，等各种形式的损伤，最终导致故障的发生。
人为因素包括设计不良、质量偏差、使用不当。可见，设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终都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。时间是形成故障的主要外因之一，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也不一定发生。诸如施加应力的先后顺序、单位时间内应力循环的次数、疲劳裂纹扩展的速度以及负荷时间与无负荷时间的比例都是故障诱因的时间因素。常见的磨损、变形、裂纹、腐蚀等故障机理都与时间有密切关系。
三、描述故障的特征参量
可以用直接特征参量或间接特征参量来描述故障。直接特征参量包括设备或部件的输出参数、设备零部件的损伤量。以设备或部件输出参数作为故障特征参量一般难以发现早期故障。另外，这类故障特征参量只能用以判断设备工作能力的强弱，只表明有无故障，而无法判断故障部位、故障形式及故障原因。引起设备故障的各种损伤量，如变形量、磨损量、裂纹大小、锈蚀程度等都是判断设备技术状态的特征参量。这类特征参量都是引起故障的直接原因，它们不仅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其数量值可以表示故障的严重程度及发展趋势。用设备零部件的损伤量判断设备故障，通常是在故障诊断的第二阶段进行，即在检测了设备输出参数或其他故障信息以后，认为有必要进一步查明设备工作能力降低或故障发生的直接原因时，才进行损伤量的测量。
间接特征参量即二次效应参数，主要有设备在运转过程中产生的振动、声音、温度、电量等等。作为故障信号的二次效应参数比较多，而且对于不同的故障和频率范围，二次效应参数与故障判断之间的灵敏度和有效性也不完全相同。因而在故障诊断中，就存在一个合理选择特征参量的问题。用间接特征参量进行故障诊断的主要优点是可以在设备运行中以及不做任何拆卸的条件下进行诊断。其缺点是间接特征参量与故障间常存在某种随机性。
