設(shè)備檢測(cè)與故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

羅洪輝

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化水平越來(lái)越高，設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用和影響越來(lái)越大，機(jī)器運(yùn)行中發(fā)生的任何故障或失效不僅會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能導(dǎo)致人員傷亡。通過(guò)對(duì)設(shè)備工況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)故障發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行早期診斷，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。開(kāi)展設(shè)備故障檢測(cè)與診斷技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】設(shè)備；故障；檢測(cè)；預(yù)防；維修方法

本文從設(shè)備檢測(cè)診斷的基本方法、內(nèi)容和技術(shù)手段等多方面對(duì)我國(guó)機(jī)械設(shè)備檢測(cè)和診斷技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并在此基礎(chǔ)上提出了該技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理現(xiàn)代化，應(yīng)當(dāng)積極推行先進(jìn)的設(shè)備管理方法和采取以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的設(shè)備維修技術(shù)。

1.設(shè)備檢測(cè)的一般常用方法概述

設(shè)備檢測(cè)一般是指采用各類檢測(cè)儀器對(duì)設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以達(dá)到保障安全使用的目的。根據(jù)相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備檢測(cè)尤其是特種設(shè)備的檢測(cè)需要符合國(guó)家、地方及行業(yè)協(xié)會(huì)的相關(guān)規(guī)定。

設(shè)備檢測(cè)常用的方法是無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)就是利用聲、光、磁和電等，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。與破壞性檢測(cè)相比，無(wú)損檢測(cè)不會(huì)損害被檢對(duì)象的使用性能，因此，無(wú)損檢測(cè)又稱為非破壞性檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)分為常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)有：超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢驗(yàn)、渦流檢測(cè)。非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有：聲發(fā)射、 紅外檢測(cè)、激光全息檢測(cè)等。

2.下面對(duì)以上所說(shuō)的檢測(cè)技術(shù)做一下簡(jiǎn)要的介紹

2.1超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)的基本原理是：利用超聲波在界面（聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的結(jié)合面）處的反射和折射以及超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中的衰減，由發(fā)射探頭向被檢件發(fā)射超聲波，由接收探頭接收從界面（缺陷或本底）處反射回來(lái)超聲波（反射法）或透過(guò)被檢件后的透射波（透射法），以此檢測(cè)備件部件是否存在缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定性與定量。

2.2射線檢測(cè)

射線檢測(cè)的基本原理是：利用射線（X 射線、γ射線和中子射線）在介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減特性，當(dāng)將強(qiáng)度均勻的射線從被檢件的一面注入其中時(shí)，由于缺陷與被檢件基體材料對(duì)射線的衰減特性不同，透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度將會(huì)不均勻，用膠片照相、熒光屏直接觀測(cè)等方法在其對(duì)面檢測(cè)透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度，即可判斷被檢件表面或內(nèi)部是否存在缺陷（異質(zhì)點(diǎn)）。

2.3磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)的基本原理是：由于缺陷與基體材料的磁特性（磁阻）不同，穿過(guò)基體的磁力線在缺陷處將產(chǎn)生彎曲并可能逸出基體表面，形成漏磁場(chǎng)。若缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度足以吸附磁性顆粒，則將在缺陷對(duì)應(yīng)處形成尺寸比缺陷本身更大、對(duì)比 度也更高的磁痕，從而指示缺陷的存在。

2.4紅外檢測(cè)

紅外檢測(cè)的基本原理是：用紅外點(diǎn)溫儀、紅外熱像儀等設(shè)備，測(cè)取目標(biāo)物體表面的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^形象的溫度場(chǎng)，通過(guò)觀察該溫度場(chǎng)的均勻 與否，來(lái)推斷目標(biāo)物體表面或內(nèi)部是否有缺陷。

3.設(shè)備故障診斷技術(shù)的概述

設(shè)備故障診斷是指設(shè)備在運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過(guò)各種手段，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的狀態(tài)，從而找出對(duì)策的一門技術(shù)。

設(shè)備故障診斷的任務(wù)是監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)，判斷其是否正常；預(yù)測(cè)和診斷設(shè)備的故障并消除故障；指導(dǎo)設(shè)備的管理和維修。

（1）設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和故障預(yù)測(cè)三個(gè)方面。其具體實(shí)施過(guò)程為信息采集、信號(hào)處理、狀態(tài)識(shí)別、診斷決策。

（2）設(shè)備故障信息的獲取方法包括直接觀測(cè)法、參數(shù)測(cè)定法、磨損殘?jiān)鼫y(cè)定法及設(shè)備性能指標(biāo)的測(cè)定。

（3）設(shè)備故障的檢測(cè)方法包括振動(dòng)和噪聲的故障檢測(cè)、材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測(cè)、設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測(cè)及工藝參數(shù)變化引起的故障檢測(cè)。

（4）設(shè)備故障的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)常用的有三種判斷標(biāo)準(zhǔn)，即絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)以及類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。可用平均法制定相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)。

（5）從某種意義上講，設(shè)備振動(dòng)診斷的過(guò)程，就是從信號(hào)中提取周期成分的過(guò)程。組成周期成分的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可用位移、速度和加速度三個(gè)參量來(lái)表征，每個(gè)參量有三個(gè)基本要素：即頻率、振幅和初相位。

（6）試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的目的就是去偽存真、去粗取精、由表及里、由此及彼的加工過(guò)程，提高信噪比，找出客觀事物本身的內(nèi)在規(guī)律和客觀事物之間的相互關(guān)系。

（7）振動(dòng)信號(hào)頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換；在工程實(shí)踐中，運(yùn)用快速傅里葉變換的原理制成頻譜儀，這是故障診斷的有力工具。

4.設(shè)備故障診斷技術(shù)的分類，有三種分類方法：

4.1按照診斷的目的、要求和條件分類，分為功能診斷和運(yùn)行診斷、定期診斷和連續(xù)監(jiān)測(cè)、直接診斷和間接診斷、在線診斷和離線診斷、常規(guī)診斷和特殊診斷、簡(jiǎn)易診斷和精密診斷等等

（1）功能診斷和運(yùn)行診斷。功能診斷主要是針對(duì)新安裝的設(shè)備或剛剛維修過(guò)的設(shè)備，而運(yùn)行診斷更多是起到狀態(tài)監(jiān)測(cè)的功能。

（2）直接診斷是直接根據(jù)關(guān)鍵零部件的狀態(tài)信息來(lái)確定其所處的狀態(tài)，例如軸承間隙、齒面磨損.直接診斷迅速可靠，但往往受到機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作條件的限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

（3）間接診斷是通過(guò)設(shè)備運(yùn)行中的二次效應(yīng)參數(shù)來(lái)間接判斷關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。由于多數(shù)二次效應(yīng)參數(shù)屬于綜合信息，因此在間接診斷中出現(xiàn)偽警或漏檢的可能性會(huì)增加。

（4）在線診斷和離線診斷。

在線是指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)正在運(yùn)行設(shè)備的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；而離線監(jiān)測(cè)是利用磁帶記錄儀等將現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信號(hào)記錄后，帶回實(shí)驗(yàn)室后再結(jié)合診斷對(duì)象的歷史檔案進(jìn)行進(jìn)一步的分析診斷或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的診斷。

（5）常規(guī)診斷和特殊診斷。

常規(guī)診斷是在設(shè)備正常服役條件下進(jìn)行的診斷，大多數(shù)診斷屬于這一類型診斷。但在個(gè)別情況下，需要?jiǎng)?chuàng)造特殊的服役條件來(lái)采集信號(hào)，例如，動(dòng)力機(jī)組的起動(dòng)和停機(jī)過(guò)程要通過(guò)轉(zhuǎn)子的扭振和彎曲振動(dòng)的幾個(gè)臨界轉(zhuǎn)速采集起動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)，停車對(duì)診斷其故障是必須的，所要求的振動(dòng)信號(hào)在常規(guī)診斷中是采集不到的，因而需要采用特殊診斷。

（6）簡(jiǎn)易診斷和精密診斷。

簡(jiǎn)易診斷一般由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行。憑著聽(tīng)、摸、看、聞來(lái)檢查。也可通過(guò)便攜式簡(jiǎn)單診斷儀器，如測(cè)振儀、聲級(jí)計(jì)、工業(yè)內(nèi)窺鏡、紅外測(cè)溫儀等對(duì)設(shè)備進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)或憑人的經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。

精密診斷一般要由專業(yè)人員來(lái)實(shí)施。采用先進(jìn)的傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，然后采用精密診斷儀器和各種先進(jìn)分析手段（包括計(jì)算機(jī)輔助方法、人工智能技術(shù)等）進(jìn)行綜合分析，確定故障類型、程度、部位和產(chǎn)生故障的原因，了解故障的發(fā)展趨勢(shì)。

4.2按診斷的物理參數(shù)分類

振動(dòng)、聲學(xué)、溫度、污染、無(wú)損診斷、壓力診斷等等，都是按物理參數(shù)分類。

4.3按照按診斷的直接對(duì)象分類

各種不同的對(duì)象，診斷方法、診斷的技術(shù)、診斷的設(shè)備都有很大區(qū)別，按照機(jī)械零件、液壓系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、工程結(jié)構(gòu)等等來(lái)進(jìn)行區(qū)分。

綜上所述，設(shè)備的檢測(cè)和故障診斷技術(shù)，可以迅速、連續(xù)地反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)示運(yùn)行設(shè)備存在的潛伏性故障并提出處理措施，是保障設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有力措施，應(yīng)大力推廣。然而，設(shè)備的檢測(cè)與故障診斷技術(shù)畢竟為新興的多學(xué)科高新技術(shù)，其發(fā)展和實(shí)施還存在許多困難，距離替代預(yù)防性定期檢修還有較長(zhǎng)歷程。所以，既要積極開(kāi)發(fā)、推廣這一技術(shù)，也要客觀對(duì)待，避免盲從，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并完善系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李國(guó)華，吳淼.現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià).化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]劉燕德.無(wú)損智能檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用.華中科技大學(xué)版社.

[3]徐敏等主編.設(shè)備故障診斷手冊(cè).西安交通大學(xué)出版社.