設備檢測與故障診斷技術現狀

羅洪輝

【摘 要】隨著科學技術的發展，設備越來越復雜，自動化水平越來越高，設備在現代工業生產中的作用和影響越來越大，機器運行中發生的任何故障或失效不僅會造成重大的經濟損失，甚至可能導致人員傷亡。通過對設備工況進行檢測，對故障發展趨勢進行早期診斷，在現代工業生產中起著重要的作用。開展設備故障檢測與診斷技術的研究具有重要的現實意義。

【關鍵詞】設備；故障；檢測；預防；維修方法

本文從設備檢測診斷的基本方法、內容和技術手段等多方面對我國機械設備檢測和診斷技術的現狀進行綜述，并在此基礎上提出了該技術今后的發展趨勢。企業要實現設備管理現代化，應當積極推行先進的設備管理方法和采取以設備狀態監測為基礎的設備維修技術。

1.設備檢測的一般常用方法概述

設備檢測一般是指采用各類檢測儀器對設備各項指標進行檢測，以達到保障安全使用的目的。根據相關技術人員的經驗，設備檢測尤其是特種設備的檢測需要符合國家、地方及行業協會的相關規定。

設備檢測常用的方法是無損檢測，無損檢測就是利用聲、光、磁和電等，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。與破壞性檢測相比，無損檢測不會損害被檢對象的使用性能，因此，無損檢測又稱為非破壞性檢測。無損檢測分為常規檢測技術和非常規檢測技術。常規檢測技術有：超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢驗、渦流檢測。非常規無損檢測技術有：聲發射、 紅外檢測、激光全息檢測等。

2.下面對以上所說的檢測技術做一下簡要的介紹

2.1超聲檢測

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

2.2射線檢測

射線檢測的基本原理是：利用射線（X 射線、γ射線和中子射線）在介質中傳播時的衰減特性，當將強度均勻的射線從被檢件的一面注入其中時，由于缺陷與被檢件基體材料對射線的衰減特性不同，透過被檢件后的射線強度將會不均勻，用膠片照相、熒光屏直接觀測等方法在其對面檢測透過被檢件后的射線強度，即可判斷被檢件表面或內部是否存在缺陷（異質點）。

2.3磁粉檢測

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

2.4紅外檢測

紅外檢測的基本原理是：用紅外點溫儀、紅外熱像儀等設備，測取目標物體表面的紅外輻射能，并將其轉變為直觀形象的溫度場，通過觀察該溫度場的均勻 與否，來推斷目標物體表面或內部是否有缺陷。

3.設備故障診斷技術的概述

設備故障診斷是指設備在運行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種手段，掌握設備運行狀態，判定產生故障的部位和原因，并預測設備未來的狀態，從而找出對策的一門技術。

設備故障診斷的任務是監視設備的狀態，判斷其是否正常；預測和診斷設備的故障并消除故障；指導設備的管理和維修。

（1）設備故障診斷的內容包括狀態監測、分析診斷和故障預測三個方面。其具體實施過程為信息采集、信號處理、狀態識別、診斷決策。

（2）設備故障信息的獲取方法包括直接觀測法、參數測定法、磨損殘渣測定法及設備性能指標的測定。

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

（4）設備故障的評定標準常用的有三種判斷標準，即絕對判斷標準、相對判斷標準以及類比判斷標準?？捎闷骄ㄖ贫ㄏ鄬ε袛鄻藴?。

（5）從某種意義上講，設備振動診斷的過程，就是從信號中提取周期成分的過程。組成周期成分的簡諧振動可用位移、速度和加速度三個參量來表征，每個參量有三個基本要素：即頻率、振幅和初相位。

（6）試驗數據處理的目的就是去偽存真、去粗取精、由表及里、由此及彼的加工過程，提高信噪比，找出客觀事物本身的內在規律和客觀事物之間的相互關系。

（7）振動信號頻率分析的數學基礎是傅里葉變換；在工程實踐中，運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.設備故障診斷技術的分類，有三種分類方法：

4.1按照診斷的目的、要求和條件分類，分為功能診斷和運行診斷、定期診斷和連續監測、直接診斷和間接診斷、在線診斷和離線診斷、常規診斷和特殊診斷、簡易診斷和精密診斷等等

（1）功能診斷和運行診斷。功能診斷主要是針對新安裝的設備或剛剛維修過的設備，而運行診斷更多是起到狀態監測的功能。

（2）直接診斷是直接根據關鍵零部件的狀態信息來確定其所處的狀態，例如軸承間隙、齒面磨損.直接診斷迅速可靠，但往往受到機械結構和工作條件的限制而無法實現。

（3）間接診斷是通過設備運行中的二次效應參數來間接判斷關鍵零部件的狀態變化。由于多數二次效應參數屬于綜合信息，因此在間接診斷中出現偽警或漏檢的可能性會增加。

（4）在線診斷和離線診斷。

在線是指對現場正在運行設備的自動實時監測；而離線監測是利用磁帶記錄儀等將現場的狀態信號記錄后，帶回實驗室后再結合診斷對象的歷史檔案進行進一步的分析診斷或通過網絡進行的診斷。

（5）常規診斷和特殊診斷。

常規診斷是在設備正常服役條件下進行的診斷，大多數診斷屬于這一類型診斷。但在個別情況下，需要創造特殊的服役條件來采集信號，例如，動力機組的起動和停機過程要通過轉子的扭振和彎曲振動的幾個臨界轉速采集起動和停機過程中的振動信號，停車對診斷其故障是必須的，所要求的振動信號在常規診斷中是采集不到的，因而需要采用特殊診斷。

（6）簡易診斷和精密診斷。

簡易診斷一般由現場作業人員進行。憑著聽、摸、看、聞來檢查。也可通過便攜式簡單診斷儀器，如測振儀、聲級計、工業內窺鏡、紅外測溫儀等對設備進行人工監測，根據設定的標準或憑人的經驗確定設備是否處于正常狀態。

精密診斷一般要由專業人員來實施。采用先進的傳感器采集現場信號，然后采用精密診斷儀器和各種先進分析手段（包括計算機輔助方法、人工智能技術等）進行綜合分析，確定故障類型、程度、部位和產生故障的原因，了解故障的發展趨勢。

4.2按診斷的物理參數分類

振動、聲學、溫度、污染、無損診斷、壓力診斷等等，都是按物理參數分類。

4.3按照按診斷的直接對象分類

各種不同的對象，診斷方法、診斷的技術、診斷的設備都有很大區別，按照機械零件、液壓系統、旋轉機械、往復機械、工程結構等等來進行區分。

綜上所述，設備的檢測和故障診斷技術，可以迅速、連續地反映設備的運行狀態，預示運行設備存在的潛伏性故障并提出處理措施，是保障設備安全經濟運行的有力措施，應大力推廣。然而，設備的檢測與故障診斷技術畢竟為新興的多學科高新技術，其發展和實施還存在許多困難，距離替代預防性定期檢修還有較長歷程。所以，既要積極開發、推廣這一技術，也要客觀對待，避免盲從，不斷總結經驗并完善系統。

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