輪機(jī)維護(hù)及修理 第五章(培訓(xùn)教材)

Chapter5船機(jī)零件的缺陷檢驗與故障診斷FlawDetectionandFaultDiagnosisSunday,February5,2023課程目標(biāo)1重點無損檢驗概念2難點船機(jī)故障診斷3知識點零件缺陷一般檢驗零件無損檢驗（方法、使用范圍）Sunday,February5,2023什么是零件缺陷？為什么船機(jī)零件會有缺陷？？零件使用過程：零件產(chǎn)生過程：上述各環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致零件出現(xiàn)的明顯缺陷有：發(fā)紋、裂紋、折疊、夾層、縮松和未焊透等。磨損腐蝕疲勞、材料老化等通過不斷進(jìn)步的核心技術(shù)、優(yōu)良設(shè)計、精益制造、嚴(yán)格質(zhì)檢，盡可能避免。設(shè)計選材毛坯機(jī)加工……這些缺陷隨時間t↑→加劇。只能減緩，難以避免！所以零件有使用壽命。Chapter5船機(jī)零件缺陷檢驗與故障診斷缺陷Sunday,February5,2023Chapter5船機(jī)零件的缺陷檢驗與故障診斷？2.什么是零件的故障？零件缺陷與故障的關(guān)系？零件功能的喪失當(dāng)缺陷發(fā)展到一定程度，可能引發(fā)零件喪失功能（故障）。零件缺陷是否導(dǎo)致？零件功能喪失判斷缺陷的程度？需檢驗或監(jiān)控判斷是否引發(fā)故障？需診斷結(jié)論：零件缺陷對船機(jī)設(shè)備而言,既危險又難以避免，到一定時間總要出現(xiàn)。故需采用一定方法對缺陷進(jìn)行檢測和對機(jī)械故障進(jìn)行診斷。Sunday,February5,2023實例佐證：船舶動力裝置如何保證其運轉(zhuǎn)可靠性？1.船機(jī)在制造和安裝中，需嚴(yán)格質(zhì)量檢驗，并通過船級社檢驗，獲取船級證書。2.在航船舶需保持船級。即保持其入級的良好技術(shù)狀態(tài)，要進(jìn)行各種技術(shù)檢驗，如年度檢驗、中間檢驗、塢內(nèi)檢驗和特別檢驗等。3.船機(jī)在使用過程中，輪機(jī)員要對其進(jìn)行日常維護(hù)管理。對零件進(jìn)行各種檢查與測量，對有缺陷的設(shè)備進(jìn)行有計劃地維修，嚴(yán)重缺陷需進(jìn)廠維修，以防止故障發(fā)生。綜上可看出：檢驗在嚴(yán)把船舶質(zhì)量關(guān)方面，起著重要作用。引言Sunday,February5,2023引言機(jī)器檢測方法，是從醫(yī)學(xué)的檢查、診斷方法中學(xué)習(xí)、模仿得來的。檢查、診斷方法和原理與目前采用的疾病診斷方法類似。兩者對比如下Sunday,February5,2023醫(yī)學(xué)診斷方法

設(shè)備診斷方法

原理及特征信息

X射線、超聲波檢測等無損檢測直接觀測內(nèi)部的缺陷中醫(yī)：望、聞、問、切西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅聽、摸、看、嗅通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變化來診斷。聽心音、做心電圖振動與噪聲監(jiān)測通過振動的大小和變化規(guī)律來診斷。量體溫溫度監(jiān)測觀測溫度的變化驗血驗?zāi)蛴鸵悍治鲇^測磨粒（細(xì)胞）的形態(tài)、成分等。問病史查閱技術(shù)檔案資料找規(guī)律、原因、做判斷等醫(yī)學(xué)診斷與設(shè)備診斷的比較Sunday,February5,2023本章重點1.掌握各種缺陷的檢測方法、特點及其適應(yīng)范圍，達(dá)到能夠正確選用的目的；2.了解無損檢驗的基本原理、特點；3.了解常用的故障診斷方法（振動與噪聲監(jiān)測、油液監(jiān)測、性能趨勢監(jiān)測、溫度監(jiān)測）、基本原理及在船舶機(jī)械中的應(yīng)用。Sunday,February5,2023本章內(nèi)容§5-1船機(jī)零件的缺陷檢驗（FlawDetection）§5-2船機(jī)故障診斷技術(shù)（FaultDiagnosis）☆思考題Sunday,February5,2023§5-1船機(jī)零件的缺陷檢驗

（FlawDetection）一、船機(jī)零件缺陷的簡易檢驗方法二、船機(jī)零件缺陷的無損檢驗零件的缺陷檢驗說明：一般在船舶航行條件下，輪機(jī)員采用簡易方法對缺陷零件進(jìn)行檢驗，以判斷零件的可使用性；船舶進(jìn)廠修理時，對重要零件的缺陷，需進(jìn)行無損檢驗。⊕Sunday,February5,2023一、船機(jī)零件缺陷的簡易檢驗方法缺陷簡易檢驗方法1、觀察法（直觀檢驗）2、聽響法3、測量法4、液壓試驗法Sunday,February5,20231、觀察法又稱，（直觀檢驗）DirectCheck檢查人員用眼睛或借助放大鏡等觀測零件表面的裂紋、磨損、腐蝕等情況。其準(zhǔn)確程度與檢驗人員的細(xì)心與經(jīng)驗有關(guān)。Sunday,February5,20232、聽響法適用范圍：適用于小零件，只能進(jìn)行定性分析，不能確定缺陷種類、大小和部位。準(zhǔn)確度依賴于檢驗人員的經(jīng)驗。應(yīng)用：在生活中應(yīng)用較多，如買鍋、買碗等。船機(jī)零件：用于檢驗軸瓦瓦殼與瓦襯結(jié)合情況。敲擊零件發(fā)出聲音判斷零件缺陷原理：聲音清脆表明零件完好或零件表面上的覆蓋層結(jié)合良好聲音沙啞表明零件內(nèi)部或表面有缺陷，或其表面上的覆蓋層結(jié)合不良、局部脫殼等。Sunday,February5,20233、測量法原理：通過測量檢測零件尺寸、配合間隙等，掌握零件磨損和腐蝕情況等。類別：直接測量和間接測量。量具：通用量具：內(nèi)、外徑千分尺、百分表、塞尺等。專用量具：如橋規(guī)（檢查主軸承磨損情況）、樣板（如檢查活塞頂?shù)臒g情況）等。應(yīng)用：在船上用內(nèi)徑千分尺檢查缸套的內(nèi)徑，計算圓度誤差和圓柱度誤差。測量精度取決于量具、量儀的精度和測量技術(shù)水平。Sunday,February5,20234、液壓（氣壓）試驗法原理：通過檢查表面有無滲漏現(xiàn)象，檢查表面有無穿透性裂紋等。適用范圍：適用于密封性要求較高零件。（是一種無損檢驗方法）試驗介質(zhì)：水或油或空氣，依有關(guān)要求定。試驗壓力：依零件工作條件而定。如柴油機(jī)氣缸蓋冷卻水腔、缸套外緣水腔試驗壓力為：0.7MPa，保持5min；缸套上部(1/3氣缸全長)燃燒室組成部分，試驗壓力為1.5pz（爆發(fā)壓力）。

Sunday,February5,2023二、船機(jī)零件缺陷的無損檢驗

（Non-Destructive-Testing=NDT）缺陷（特別是內(nèi)部缺陷）的兩種檢測方法：1）破壞法即破開被檢測對象，檢查內(nèi)部的質(zhì)量。雖然可靠，但對零件的檢驗是行不通的。2）無損檢驗在不破壞零件的條件下，探測零件表面及內(nèi)部缺陷的方法,稱為無損探傷。Sunday,February5,2023二、船機(jī)零件缺陷的無損檢驗?zāi)壳皣?，常使用下?個名詞：1）無損檢測（NondestructiveTesting=NDT）2）無損檢驗（NondestructiveInspection=NDI）3）無損評價（Nondestructive

Evaluation=NDE）NDT：泛指材料和設(shè)備各種場合中使用的檢測方法；NDI：指設(shè)備驗收和在役情況下的檢驗；（NDT與NDI意思相近）NDE：是無損檢測更高層次的發(fā)展，著重對缺陷的危險程度進(jìn)行評價。我國無損檢測技術(shù)從50年代開始，目前幾乎所有方法都有實際應(yīng)用。中國機(jī)械工程學(xué)會無損檢測學(xué)會，目前掛靠在上海材料研究所。⊕Sunday,February5,2023二、船機(jī)零件缺陷的無損檢驗無損探傷的種類：常規(guī)檢測方法1.滲透探傷2.磁粉探傷3.超聲波探傷4.射線探傷5.渦流探傷無損檢測新技術(shù)1.聲發(fā)射技術(shù)2.激光全息檢測技術(shù)3.紅外檢測技術(shù)4.微波檢測技術(shù)等‥‥‥Sunday,February5,20231、滲透探傷（PenetrateTesting=PT）

1）概述方法：將滲透劑涂于構(gòu)件被測表面，當(dāng)表面有開口性缺陷時，滲透劑就滲透到缺陷中，去除表面多余部分，再涂顯象劑，在合適光線下觀察缺陷痕跡，判斷缺陷種類和大小。此法稱為~。——是最簡單、最古老無損檢測方法，用于檢測金屬與非金屬材料的表面裂紋。原理：利用液體流動性、滲透性，借助表面裂紋的毛細(xì)管作用，將表面細(xì)微裂紋顯示出來。優(yōu)點：成本最低，設(shè)備簡單，操作方便，適用于所有材料，顯示直觀，靈敏度比眼看高5～10倍。缺點：僅適用于表面開口型缺陷類型，靈敏度不太高，不便于實現(xiàn)自動化，無深度顯示。思考：靈敏度與什么因素有關(guān)？未焊透的焊縫，能否用滲透探傷檢查？Sunday,February5,2023滲透探傷的類別方法1：煤油白粉法操作：將洗后零件浸入煤油中或涂抹煤油于零件表面，經(jīng)15～30min，擦干涂白粉，干燥后適當(dāng)敲擊或加熱零件，滲入缺陷的煤油會復(fù)滲于白粉上，出現(xiàn)黑色痕跡。缺點：太小裂紋不易顯示(裂紋寬度≮0.01mm，裂紋深度≮0.03mm)。方法2：著色探傷DyePenetrationInspection原理同上。區(qū)別：滲透劑(Penetration)是有顏色(如紅色)溶液，顯象劑(Developer)

白色液體，便于觀察。方法3：熒光探傷FluorescentPenetrationCrackTesting滲透劑為熒光物質(zhì)，用（水銀石英燈）紫外線照射，缺陷內(nèi)滲透劑發(fā)出熒光，顯示出表面裂紋。缺點：需紫外線發(fā)射裝置，暗室中進(jìn)行，對人體有害。方法4滲透檢漏常用煤油檢漏。容易觀察一面涂白粉，另一面涂煤油Sunday,February5,2023滲透探傷的類別煤油白粉、著色、熒光探傷的比較：熒光探傷著色探傷煤油白粉法靈敏度＜簡單容易度熒光探傷著色探傷煤油白粉法＞＞＜Sunday,February5,20232、磁粉探傷（MagneticParticleTesting=MT）

或稱磁力探傷。國外已有50年的歷史，國內(nèi)也有30多年。1）磁粉探傷原理鐵磁性材料構(gòu)件的表面或近表層有缺陷時磁阻大，一旦被磁化，則會有部分磁力線外溢而形成漏磁場，它對施加到構(gòu)件表面的磁粉會產(chǎn)生吸附作用，因而顯示出缺陷的痕跡，根據(jù)磁粉的痕跡來判斷缺陷的大小、取向和位置等。漏磁場的強(qiáng)度和分布：取決于缺陷的長度、取向、位置（近表層）和被測表面的磁化強(qiáng)度。當(dāng)缺陷垂直于磁化方向時，靈敏度最高；當(dāng)缺陷平行于磁化方向時，則無磁粉痕跡顯示。Sunday,February5,20232）磁粉探傷方法按分類方法不同有：按磁化電流性質(zhì)分為：交流電磁化法和直流電磁化法；按顯示介質(zhì)狀態(tài)和性質(zhì)分為：干粉法、濕粉法和熒光磁粉法等；按磁化方法分為：直接通電法、局部磁化支桿法、心軸法、線圈法和鐵軛法等。按磁場方向分為：①縱向磁化磁化后零件有平行零件軸線磁力線，可探測與軸線垂直或成一定角度缺陷。采用直流電或交流電通過線圈或鐵軛磁化，如圖5-3。②周向磁化零件內(nèi)產(chǎn)生垂直零件軸線磁力線，探測軸向缺陷，即平行或近平行零件軸線的缺陷，如圖5-4。③復(fù)合磁化零件上同時產(chǎn)生縱向和周向磁力線，可探測零件上任意方向上的缺陷，如圖5-5。Sunday,February5,20233）磁化電流磁化電流可用直流或交流電。為獲得強(qiáng)磁場和確保安全，選低電壓大電流，一般電壓在12V以下，1000～4500A（大電流），根據(jù)零件大小不同選擇。特點：直流電磁化：磁場強(qiáng)度大，磁力線在零件截面上分布均勻，適用于表面缺陷或近表層缺陷（6～7mm）顯示。但直流電設(shè)備復(fù)雜，使用不便，退磁困難，現(xiàn)在應(yīng)用較少。交流電磁化：穿透力小，用于表面缺陷（集膚效應(yīng)，1～1.5mm）?？商綔y表面以下2mm深度缺陷，探測靈敏度高，易于退磁，設(shè)備簡單，電源方便，應(yīng)用廣。周向（橫向）磁化檢查平行于軸線方向的表面缺陷；縱向（軸向）磁化檢查垂直于軸線方向的表面缺陷。Sunday,February5,20234）磁粉較細(xì)的純鐵磁粉——Fe3O4；干粉：靈敏度高，但操作不便；濕粉：把磁粉和煤油混合成濕粉，使用方便。Sunday,February5,2023磁粉探傷注意事項1）零件表面預(yù)處理：去污、去涂層、鐵銹等。2）后處理：退磁，以免影響零件的正常工作。零件磁粉探傷后必須退磁，若探傷后還要經(jīng)700℃以上熱處理，則可不退磁。退磁磁粉探傷特點優(yōu)點：比滲透探傷靈敏，能探測表面和近表層的缺陷；容易掌握、結(jié)果直觀等。缺點：僅適用于鐵磁性材料的零件，無深度顯示，僅對與磁力線垂直的缺陷敏感。⊕Sunday,February5,2023小結(jié)1.磁粉探傷用于檢測鐵磁性材料及其構(gòu)件的表面和近表層的缺陷（缺陷類型：裂紋、重疊、分層等，對裂紋、發(fā)紋、折疊、夾層和未焊透等缺陷極為靈敏。）2.設(shè)備：有固定式、移動式和手提式三種磁力探傷機(jī)。3.發(fā)展方向：目前已研制成半自動、全自動磁粉探傷線和專用自動探傷機(jī)，如曲軸半自動探傷機(jī)、鋼材自動磁粉探傷機(jī)。除部分項目或磁痕檢查仍用目測外，磁粉探傷從零件裝夾、磁化、噴粉到退磁等工序全部自動化。發(fā)展水下磁粉探傷，對船體水下部分、海上石油鉆井平臺的水下焊縫、海底管道等進(jìn)行檢測。新進(jìn)展：在探傷設(shè)備上，開發(fā)了先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場探傷機(jī)，可一次探測顯示全方位的缺陷，并可連續(xù)探傷。Sunday,February5,2023退磁原理退磁處理最重要的兩個條件:1）磁極交迭方法：磁化電流采用交流電;交替改變直流電方向；轉(zhuǎn)變磁場中試件的方向。2）磁場強(qiáng)度遞減方式：試件漸離磁場或磁場漸離試件；由電源控制電流衰減或分段步降。目前世面上的退、脫、消磁機(jī)（器）型號、規(guī)格多種多樣，退磁的對象、效果有所不同，但都是根據(jù)上述原理設(shè)計、生產(chǎn)制造出來的。⊕Sunday,February5,20233、超聲波探傷（UltrasonicTesting=UT）

1)概述超聲波探傷:利用超聲波來檢查金屬或非金屬材料零件內(nèi)部缺陷的方法，稱為超聲波探傷。在船上的應(yīng)用較廣。參考B超體檢◎Sunday,February5,20231）概述超聲波的概念：人耳的聽覺范圍（聲波頻率）：16Hz～20kHz；頻率＜16Hz的聲波為次聲波；頻率＞20kHz的聲波，為超聲波。超聲波特點：頻率高，波長短，穿透力強(qiáng)，在介質(zhì)中直線傳播。高頻率的超聲波能形成很窄的波束，即具有指向性。傳播方式：超聲波在介質(zhì)中隨振源在介質(zhì)上施力方向與聲波傳播方向不同分為：縱波、橫波和表面波。探傷用的超聲波：0.5～25MHz，其中常用的0.4～5MHz。特殊要求的檢測頻率可達(dá)10MHz～50MHz。Sunday,February5,2023超聲波的原理超聲波探傷中使用的單晶體有：石英、酒石酸鉀鈉、硫酸鋰等，壓電陶瓷有：鈦酸鋇（BaTiO3）、鈦酸鉛（PbTiO3）等。利用石英、鈦酸鋇的正壓電效應(yīng)產(chǎn)生發(fā)送超聲波，逆壓電效應(yīng)接收超聲波。將高頻振動（超聲波）作用在晶體上，在晶體兩個電極之間產(chǎn)生與超聲波相同頻率、強(qiáng)度及與超聲波成正比的高頻電壓，即接收超聲波。Sunday,February5,20232）探傷原理：超聲波入射到構(gòu)件后，如果遇到缺陷（或兩種介質(zhì)的界面）會出現(xiàn)折射或反射，用探頭（注：探頭可以產(chǎn)生超聲波、發(fā)射超聲波和接受超聲波）接受，變成電信號，經(jīng)放大顯示在屏幕上，根據(jù)波形來確定缺陷的部位、大小和性質(zhì)。波形上有三個波：底面回波B、缺陷回波F和入射波T。根據(jù)底波B與缺陷回波F之間的信號差別，便可知缺陷是否存在、性質(zhì)、部位及其大小?！锔鶕?jù)波形的特征，判斷缺陷的有無及性質(zhì)（裂紋、氣孔、雜質(zhì)等）。★根據(jù)X=LF/LB*T，得到缺陷的位置；LB－－始波與底波之間的距離?！锔鶕?jù)缺陷回波的高度，判斷缺陷的大小。⊕Sunday,February5,20233）超聲波探傷特點優(yōu)點：適用的材料廣（金屬與非金屬均可）；可在構(gòu)件的一側(cè)實現(xiàn)檢測（厚度5～3000mm）；適合于自動化與計算機(jī)處理與顯示；成本低；可顯示內(nèi)部缺陷。缺點：對探傷人員的素質(zhì)要求高，如果無外圍設(shè)備，顯示結(jié)果不可重現(xiàn)，有時結(jié)果難以解釋。先進(jìn)的儀器很昂貴；對零件表面粗糙度有較高要求（＜Ra6.3μm），表面探測有盲區(qū)：一般為5～7mm）。⊕Sunday,February5,2023正壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)

正壓電效應(yīng)：某些單晶體和多晶陶瓷在應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)變時，晶體內(nèi)產(chǎn)生極化或電場，稱為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：

當(dāng)晶體處于電場中時，由于極化作用在晶體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變，稱為逆壓電效應(yīng)。Sunday,February5,20234、射線探傷（RadiographyTesting=RT）

1）概述定義：利用X射線或射線來檢驗零件內(nèi)部缺陷的方法，稱為射線探傷。原理：不同的物質(zhì)對射線的吸收和衰減作用是不同的。當(dāng)射線穿過密度大的物質(zhì)時，被吸收的多，由于缺陷處的密度與金屬本身的密度不同，因此在零件下面的底片上就會產(chǎn)生不同的感光度，即在底片上顯示出零件內(nèi)部缺陷的大小、種類、分布狀態(tài)等。射線比X射線的穿透力強(qiáng)，但靈敏度不如X射線。2）特點優(yōu)點：適用于所有材料，底片可永久保存，可展示內(nèi)部缺陷的大小、形狀和位置等。缺點：射線對人體有害，缺陷的深度很難辨別，成本高（底片、暗室?；瘜W(xué)藥品等），厚件的曝光時間長，零件的兩面都能操作等。3）發(fā)展方向現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備的改進(jìn)（如；減少重量和體積等），計算機(jī)的應(yīng)用，提高膠片的質(zhì)量（系列化），開發(fā)便攜式可移動的高能射線加速設(shè)備等。Sunday,February5,20235、渦流探傷（EddyCurrentTesting=ET）

1）原理利用電磁感應(yīng)原理，使被檢件表面感應(yīng)出渦流，零件中存在缺陷時會改變渦流的強(qiáng)弱，渦流產(chǎn)生反作用磁場，又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化，通過檢測線圈阻抗的變化，判斷缺陷的有無，此探傷方法稱為渦流探測法。2）特點優(yōu)點：可探測零件表面0.11mm～0.2mm深處的缺陷，靈敏度較高，檢測速度快，易于實現(xiàn)高速自動化檢測；屬于電學(xué)測量法，容易實現(xiàn)自動化和計算機(jī)化；設(shè)備可以很輕，可以原地探惻；對封閉在表層下的缺陷有很高的檢測靈敏度；探傷深度比磁粉探傷深；能提供缺陷的深度信息；屬非接觸式的檢測方法等。缺點：理論復(fù)雜；距表層較深的缺陷難檢測（集膚效應(yīng)）；影響因素多；渦流探傷僅適用于導(dǎo)電材料，對缺陷顯示不直觀，不適于形狀復(fù)雜零件的探傷。3）發(fā)展方向分析方法：相位分析、相關(guān)分析、幅值分析等。計算機(jī)的應(yīng)用和探頭的改進(jìn)（旋轉(zhuǎn)探頭、扇形探頭等）。Sunday,February5,20231.聲發(fā)射技術(shù)(AcousticEmission＝AE)

原理：對疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展時（均有應(yīng)變能產(chǎn)生），發(fā)出彈性波的監(jiān)測。是快速、動態(tài)、整體的NDT方法。聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)無損檢測技術(shù)，是利用加載條件下零件內(nèi)部缺陷活動發(fā)射出聲波信號來探測缺陷。而其它無損檢測則是靜態(tài)的，是外加信號檢測零件內(nèi)部缺陷。特點：1）除極少數(shù)材料外，金屬和非金屬材料在一定條件下均有聲發(fā)射現(xiàn)象，所以聲發(fā)射檢測不受材料限制；2）不僅可以探測缺陷，且可依聲發(fā)射波的特點和誘發(fā)條件了解缺陷形成和預(yù)測其發(fā)展；3）操作簡便，可大面積探測和監(jiān)視缺陷活動情況；4）（缺點）聲發(fā)射檢驗時環(huán)境有很大的干擾噪聲。Sunday,February5,20232.激光全息檢測技術(shù)原理：空間成像，缺陷的立體形態(tài)。類似于醫(yī)院CT等。Sunday,February5,2023綜合探傷法由于各種方法各有特點及最適用的探測對象和應(yīng)用范圍，所以要綜合應(yīng)用，即合理地將各種方法配合使用，達(dá)到好的檢測效果。具體是：1）以磁粉探傷或滲透探傷檢測表面缺陷；2）以渦流、磁力探傷檢測近表層缺陷；3）以超聲波探傷檢測內(nèi)部缺陷，找出疑點；4）用射線探傷對內(nèi)部疑點進(jìn)行透視檢查。船機(jī)零件及毛坯無損探傷參見p60表5－1。⊕Sunday,February5,2023小結(jié)：序號檢測方法縮寫適用的缺陷類型基本特點1超聲波探傷法

UT內(nèi)部缺陷速度快，平面型缺陷敏感

2射線探傷法RT

內(nèi)部缺陷直觀，對體積型缺陷敏感

3磁粉探傷法MT

表層缺陷僅適用于鐵磁性材料4滲透探傷法PT

表層開口型缺陷操作簡單5渦流探傷法ET表層缺陷適用于導(dǎo)體材料的構(gòu)件6聲發(fā)射檢測法AE缺陷的萌生和擴(kuò)展動態(tài)監(jiān)測方法注：表層缺陷包括：表面缺陷和近表層缺陷。Sunday,February5,2023§5-2船機(jī)故障診斷技術(shù)

1概述(Summary)1.1故障診斷(FaultDiagnosis)1.2設(shè)備工況監(jiān)測1.3發(fā)展簡介2性能趨勢監(jiān)測

(PerformanceMonitoringTechnique)2.1性能參數(shù)分析法2.2振動與噪聲監(jiān)測(Noise&VibrationMonitoring)2.3油液分析(OildebrisMonitoringorWearMonitoring)Sunday,February5,20231.1故障診斷定義：故障診斷是在船機(jī)運轉(zhuǎn)狀況下，利用其顯示出的一切外部信息，來判斷、識別內(nèi)部狀態(tài)的技術(shù)。是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。通俗的講，就是給機(jī)器或設(shè)備“看病”的技術(shù)。1）船機(jī)狀態(tài)信息2）故障診斷過程3）故障診斷技術(shù)的應(yīng)用⊕Sunday,February5,20231）船機(jī)狀態(tài)信息船機(jī)狀態(tài)惡化就會產(chǎn)生相應(yīng)于狀態(tài)變化的各種信息，并顯示出來。這些信息主要有以下三種類型：①機(jī)械信息與功能有關(guān)的信息有：力、壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速等；其他運轉(zhuǎn)狀態(tài)信息有：振動、聲音、溫度等；

②電磁信息主要有：電流、電壓、電磁感應(yīng)密度、導(dǎo)磁等信息；③化學(xué)信息機(jī)械狀態(tài)惡化產(chǎn)生的氣、液、固體等信息，例如排煙、磨損產(chǎn)物、潤滑油變質(zhì)等信息。⊕Sunday,February5,20232）故障診斷過程三個階段工作（1）信息采集（2）數(shù)據(jù)處理（3）狀態(tài)識別、判斷和預(yù)測選擇測量點；選用傳感器采集信息，如溫度、壓力或振動傳感器。采集故障信息可選用連續(xù)監(jiān)控方式或定期（定時）停機(jī)檢測方式獲取，同時可選用直接測定或間接測定?；蚍Q特征提取。把原始信息進(jìn)行處理，獲取反映故障最敏感的性能參數(shù)。根據(jù)特征參數(shù)，參照相應(yīng)規(guī)范、運用各種知識和經(jīng)驗，對機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行識別。對早期故障進(jìn)行診斷，對故障的部位、原因和程度作出判斷，對其發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，為確定維修決策提供技術(shù)依據(jù)。識別的方法主要有對比、分類、聚類、辨識和推理等。發(fā)展方向：將先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)與船機(jī)設(shè)備診斷領(lǐng)域?qū)＜业呢S富經(jīng)驗和思維方式相結(jié)合形成船機(jī)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)實際上是人工智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，它利用大量專家的專門知識、經(jīng)驗和方法解決實際的復(fù)雜故障診斷問題。所以，稱這種診斷為基于知識的故障診斷，它是智能診斷，是故障診斷的發(fā)展方向。⊕Sunday,February5,20233）故障診斷技術(shù)的應(yīng)用目前主要采用性能監(jiān)控、振動分析和油液監(jiān)測等故障診斷技術(shù)。在船上主要對機(jī)艙中重要設(shè)備和效能發(fā)揮不良經(jīng)常發(fā)生故障的重要零部件采用故障診斷技術(shù)，如：氣缸、活塞組件和主軸承等。Sunday,February5,20231.2設(shè)備工況監(jiān)測設(shè)備工況監(jiān)測或稱狀態(tài)監(jiān)測，與故障診斷技術(shù)不同。它是通過測定機(jī)器某個較為單一的特征參數(shù)，例如溫度、壓力、振動等，來探明機(jī)器工作狀態(tài)正常與否。若特征參數(shù)在允許范圍之內(nèi)則狀態(tài)正常，否則異常。依照異常程度確定維修對策。通過對機(jī)器進(jìn)行定期或連續(xù)監(jiān)測可以了解故障發(fā)展的趨勢性規(guī)律，從而對機(jī)器運轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。所以狀態(tài)監(jiān)測又稱為趨勢分析。Sunday,February5,20231.3發(fā)展簡介故障診斷在船舶上的應(yīng)用始于50、60年代，60年代起步、70年代完善、80年代進(jìn)入實用。至今只有不到30年的發(fā)展歷史。故障診斷是船舶自動化、無人機(jī)艙的前提，是實現(xiàn)視情維修（狀態(tài)維修）的關(guān)鍵。目前在先進(jìn)的船舶機(jī)械中，已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。⊕Sunday,February5,20232.1性能參數(shù)分析法p621）具體方法2）種類4）性能參數(shù)監(jiān)測注意的問題5）柴油機(jī)的性能參數(shù)監(jiān)測實例3）性能參數(shù)分析法特點Sunday,February5,2023性能參數(shù)分析法——又稱性能監(jiān)控，是船機(jī)故障診斷的核心技術(shù)。1）具體方法:利用傳感器或儀器、儀表，測定船機(jī)設(shè)備的各項性能參數(shù)（如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、油耗等），將這些參數(shù)進(jìn)行處理，然后同基準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較，得到結(jié)論（如偏高、偏低、過高、過低等），從而可以看出機(jī)械在性能方面存在的問題，并進(jìn)行分析判斷其故障部位及發(fā)展趨勢?！摆呄蚍治觥?側(cè)重于多次監(jiān)測結(jié)果之間的比較及參數(shù)的變化趨勢。性能參數(shù)分析法診斷故障，早在船舶蒸汽機(jī)時代就已采用，輪機(jī)員用“聽、摸、嗅、看”來了解主、輔機(jī)的運轉(zhuǎn)參數(shù)，進(jìn)而通過人腦快速思維分析判斷機(jī)器的運轉(zhuǎn)狀況和運轉(zhuǎn)趨勢。例如，用手觸摸柴油機(jī)高壓油管，依其脈動情況判斷高壓油泵的工作狀況。Sunday,February5,20232）性能參數(shù)分析法的種類根據(jù)監(jiān)控手段和數(shù)據(jù)處理方法的不同有：（p62）種類圖示法檢測裝置和監(jiān)控系統(tǒng)性能參數(shù)的比較方法★對標(biāo)比較：將測得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較；★縱向比較：將本次測得的數(shù)據(jù)與以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；★橫向比較：將測得數(shù)據(jù)與周圍同種設(shè)備的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，如某缸的數(shù)據(jù)與其它氣缸的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。一般步驟為：測量記錄分析，具體實施時有以下幾種方法：★由操作人員記運行日記，這種方法最原始，仍在用；★半自動化系統(tǒng)：儀表測量或遙測，并自動顯示；★自動化系統(tǒng)（或?qū)＜蚁到y(tǒng)）：自動進(jìn)行測量、記錄、分析處理、打印輸出、自動報警和進(jìn)行干預(yù)等。

Sunday,February5,2023性能參數(shù)分析法的特點優(yōu)點：簡單易行，無須添置復(fù)雜的設(shè)備，設(shè)備上的儀表往往就是監(jiān)測儀器。缺點：對一些早期故障不敏感，有時故障發(fā)展到一定的程度才會導(dǎo)致性能參數(shù)的變化。特點Sunday,February5,20234）性能參數(shù)監(jiān)測注意的問題①選擇的監(jiān)測參數(shù)應(yīng)與故障之間應(yīng)具有較高的的靈敏度和較好的對應(yīng)性；②選擇的監(jiān)測參數(shù)最好能借助于機(jī)械上現(xiàn)有的儀表就可測得或添置較少的測量儀器即可；③監(jiān)測參數(shù)應(yīng)具有足夠的信息量，并具有典型意義；④注意監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累、加工處理等，從中歸納出有規(guī)律的東西；⑤注意診斷規(guī)則與經(jīng)驗的積累，為創(chuàng)建專家系統(tǒng)做準(zhǔn)備。Sunday,February5,2023柴油機(jī)的性能參數(shù)監(jiān)測實例1）監(jiān)測參數(shù)①輸出功率：總的技術(shù)指標(biāo)，與燃燒系統(tǒng)的故障關(guān)系密切，一般規(guī)定功率下降20％為大修標(biāo)準(zhǔn)。②燃油消耗率：經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。③其它：如滑油溫度、冷卻水溫、滑油（或冷卻水）壓力、曲柄箱壓力和柴油機(jī)瞬態(tài)轉(zhuǎn)速、廢氣溫度等。2）柴油機(jī)拉缸的監(jiān)測拉缸是柴油機(jī)的一種常見故障。常見的外部特征有：柴油機(jī)曲柄箱通氣口的排煙明顯增多、轉(zhuǎn)速自動降低、功率下降、機(jī)油溫度明顯升高、振動加劇等，根據(jù)這些參數(shù)的特征變化，就可診斷故障是否存在。3）利用安裝在機(jī)器上的傳感器，掃描各監(jiān)測點的性能參數(shù)（如溫度、壓力、速度等），通過計算機(jī)記錄、處理和顯示，進(jìn)而可以分析判斷故障。Sunday,February5,2023活塞環(huán)磨損監(jiān)測裝置（SIPWA）p62利用安裝在氣缸掃氣口處的傳感器檢測特制的頂環(huán)——第一道活塞環(huán)外圓面上鑲嵌一圈非磁性材料的楔形環(huán)帶。當(dāng)頂環(huán)通過掃氣口時，傳感器測量楔形環(huán)帶寬度變化，實現(xiàn)對活塞環(huán)徑向磨損的監(jiān)控，并顯示于屏幕上，如圖5-10所示。當(dāng)燃油凈化不良時，頂環(huán)磨損增加，SIPWA給出警示，輪機(jī)員及時采取措施。應(yīng)用計算機(jī)自動監(jiān)測和診斷故障的性能監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個柴油機(jī)動力裝置進(jìn)行監(jiān)控，也可以對機(jī)器、零部件的工作過程進(jìn)行監(jiān)控。例如PAC監(jiān)控系統(tǒng)可對動力裝置中發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)、廢氣渦輪增壓器運行、活塞環(huán)工作狀態(tài)、氣缸的潤滑和磨損、氣缸熱負(fù)荷、燃燒和噴油系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控。DMC監(jiān)測系統(tǒng)可對缸內(nèi)燃燒和噴射過程進(jìn)行監(jiān)控。Sunday,February5,20232.2振動與噪聲監(jiān)測(Noise&VibrationMonitoring)機(jī)械系統(tǒng)的振動和噪聲是最重要的診斷信息，是機(jī)器運轉(zhuǎn)過程的一種屬性，即使最精密的機(jī)器也不可避免地產(chǎn)生振動和噪聲。應(yīng)用：應(yīng)用廣，理論和測量技術(shù)比較成熟，是一種非常重要的診斷方法。性質(zhì)：噪聲是不規(guī)則振動在空氣中傳播引起的，從本質(zhì)上講也是振動。根據(jù)聲響的差異進(jìn)行診斷是古老而有常用的方法。過去是靠人耳的感覺和經(jīng)驗進(jìn)行，現(xiàn)在借助于儀器（如錄音機(jī)、頻譜分析儀等）進(jìn)行。1）原理：每一零件都有自己的固有振動頻率，振動特性的突變，一定是由于某種原因引起的，通過測量振動隨時間的變化曲線（時域曲線），對波形進(jìn)行分析（幅域分析、頻域分析、時域分析等），找出特征信息，進(jìn)行診斷（部位和原因）。Sunday,February5,20232.2振動與噪聲監(jiān)測2）振動檢測技術(shù)的內(nèi)容①振動信號的測取依振動信號的頻率選配傳感器（對應(yīng)于低、中、高頻振動信號，選擇位移、速度、加速度傳感器）。加速度傳感器使用最普遍。②信號處理用信號分析儀對采集的信號處理，過濾掉振動波形中無意義而有害的波，加工成便于分析的信號?！獮檎駝訖z測技術(shù)的核心。③狀態(tài)識別提取故障信息頻譜，與測取加工后的波形對照，對機(jī)器狀態(tài)作出判斷，對原因進(jìn)行分析。④診斷決策依診斷結(jié)果確定防止或消除的對策，預(yù)測狀態(tài)變化的趨勢等。Sunday,February5,2023振動與噪聲監(jiān)測應(yīng)用噪聲分析在機(jī)務(wù)管理中的應(yīng)用，可確定吊缸時間和預(yù)測零件達(dá)到磨損極限的時間等。Sunday,February5,2023實例1、利用缸套的振動響應(yīng)判斷間隙的變化：實測條件：現(xiàn)場監(jiān)測時，由于傳感器是難以置于缸套上，故把傳感器安放在機(jī)體上，所測的信號也能反映缸套間隙的變化引起的機(jī)體的橫向振動。實驗證明缸套與機(jī)身的振動加速度響應(yīng)功率譜特征完全相同。Sf為缸套振動加速度功率譜；為某105型柴油機(jī)的冷態(tài)間隙值。下圖說明：不同間隙時，功率譜有明顯的差別，即振動能量的分布有明顯差別。Sunday,February5,2023注：Sf不同氣缸間隙時機(jī)身的振動加速度功率譜。從圖中可見：小間隙時，能量主要集中在第一頻帶內(nèi)；大間隙時，能量主要集中在第二頻帶。當(dāng)功率譜中，高頻成分明顯增加時，可判斷為拉缸的前兆。⊕Sunday,February5,20232.3油液分析

(OildebrisMonitoringorWearMonitoring)定義：指收集潤滑劑,對潤滑劑的性質(zhì)及潤滑劑中的微粒進(jìn)行定性和定量分析,以判斷機(jī)器工作是否正常,進(jìn)行故障診斷和預(yù)報的方法。應(yīng)用：使用較廣,是目前中國船級社推薦使用的監(jiān)測方法。常用油液分析方法如下:油液檢測技術(shù)油樣理化性能分析油樣磨損微粒分析經(jīng)驗法濾紙法常規(guī)化驗法磁塞法光譜分析法顆粒計數(shù)器法鐵譜分析法Sunday,February5,20231油樣理化性能分析潤滑油的理化性能指標(biāo)有：1）粘度：主要指標(biāo),對潤滑狀態(tài)影響最大,必檢指標(biāo)。2）總堿值：防止造成機(jī)械設(shè)備的酸腐蝕。3）水份：會造成油的乳化,難以形成油膜,使?jié)櫥Ч儾?此外還會加速設(shè)備的腐蝕。4）油性(或極壓性)表示油膜的吸附強(qiáng)度,取決于油的化學(xué)成分。5）閃點：表示油著火危險性的指標(biāo),決定了工作溫度的高低。6）凝點：低溫性能。7）機(jī)械雜質(zhì)：油中的各種沉淀物,如砂土、磨粒等,反映油品的純潔性,含量高時會加速磨料磨損。8）其它：如灰分、殘?zhí)?、水溶性酸堿等。使用時可根據(jù)實際情況,選擇其中幾個進(jìn)行監(jiān)測,達(dá)到對設(shè)備潤滑條件監(jiān)測的目的。Sunday,February5,20232油樣磨粒分析1）磁塞檢測2）光譜分析3）鐵譜分析Sunday,February5,20231）磁塞檢測(MagneticChipDetector)

利用安裝在潤滑系統(tǒng)中一個磁性探頭，采集潤滑油中的鐵磁性磨粒,然后進(jìn)行分析。如p66圖5－11。特點：①是一種簡單的在線監(jiān)測方法；成本低，已經(jīng)成功地用于航空發(fā)動機(jī)的監(jiān)測；②一般只能收集大的磨粒，尺寸范圍在25～400μm，小磨粒磁矩小，不易收集；③當(dāng)磁性探頭達(dá)到飽和后，磁頭就失去吸附磨粒的能力，可能會失去很多的信息，④探頭要經(jīng)常更換，一般25～27小時更換一次，比較繁瑣；⑤一般適用于單一摩擦副的監(jiān)測(如齒輪、軸承等)。Sunday,February5,20232）光譜分析

（SpectrometricOilAnalysisProgram＝SOAP）光譜分析是利用原子或分子的發(fā)射與吸收光譜，進(jìn)行物質(zhì)化學(xué)成分及含量分析的物理方法。利用光譜分析的方法,鑒別潤滑油中磨粒的成分和數(shù)量,據(jù)此預(yù)測被監(jiān)測對象的磨損狀態(tài)的方法,稱為光譜油料分析。光譜分析的基本原理利用各種分子或原子都有自己的特定的光譜波長。根據(jù)分析特征光譜是否出現(xiàn)及出現(xiàn)的強(qiáng)弱,來分析化學(xué)成分。如:部分元素的特征譜線波長為：銅(Cu)3247埃；鐵(Fe)3270埃；鉛(Pb)2833埃；鋁(Al)3092埃；錫(Sn)2354埃。發(fā)射光譜分析原子吸收光譜分析光譜分析的類型Sunday,February5,2023原子發(fā)射光譜分析(EmissionSpectrometricAnalysis)

基本原理利用物質(zhì)(或試樣)受電能或熱能激發(fā)后,輻射出的特征譜線來判斷物質(zhì)組成(化學(xué)成分)的方法,稱為原子發(fā)射光譜分析法。油料進(jìn)行光譜分析時,熱能(或電能)能把潤滑油中所含的Fe、Ni、Cr、Cu等元素激發(fā),然后根據(jù)這些金屬雜質(zhì)發(fā)出的特征譜的強(qiáng)度對這些元素進(jìn)行定量分析。產(chǎn)品類型美國的Baird公司生產(chǎn)的MOA型直讀式發(fā)射光譜儀和超譜公司生產(chǎn)的超譜M型光譜儀是目前較為先進(jìn)的發(fā)射光譜儀，用光電倍增管把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，直接給出分析結(jié)果，整個程序由計算機(jī)控制。優(yōu)點：操作簡便,分析速度快(美國的儀器,30秒內(nèi)便可測定一個油樣中10種元素的含量)，讀數(shù)準(zhǔn)確，分析容量大,適用大規(guī)模含有多種材質(zhì)摩擦副(如柴油機(jī))的設(shè)備群體的監(jiān)測。缺點：價格昂貴(6萬美元)，安裝條件嚴(yán)格，試驗費用高，現(xiàn)場難以推廣；只能對油中<10μm的磨粒提供分析結(jié)果，而對較大磨粒(嚴(yán)重磨損狀態(tài)時)不能反映。⊕Sunday,February5,2023原子吸收光譜分析

(AtomicAbsorptionSpectrometry="AAS")

a.定義利用測定試樣所產(chǎn)生的原子蒸汽（基態(tài)原子）對待測元素特定波長的吸收來確定試樣中該元素的濃度的方法，稱為原子吸收光譜分析。b.油液原子吸收光譜分析的原理將油液中的磨粒熱解原子化，根據(jù)原子蒸汽對各種不同波長的單色光源發(fā)出的特征輻射線吸收作用不同來確定油液中各種元素的含量。原子蒸汽的吸光度與原子濃度成正比。c.特點分析靈敏度高,精度高,適用范圍廣,取樣量少。缺點：(1)測一個元素要換一個燈(光源)，比較麻煩；(2)乙炔法要用燃料，不方便，不安全；(3)只能給出油液中磨粒的元素含量，不能給出磨粒的形狀、尺寸等信息。在判斷磨損類型與預(yù)報突發(fā)性故障方面存在不足。Sunday,February5,2023光譜油料分析的實施

元素的來源1)金屬元素(Fe,Ni,Al,Sn,Pb等)，來自金屬零件的磨損產(chǎn)物；2)污染元素(Si,Ca等)，來自空氣或冷卻水；3)添加劑元素(P,S,Cl等)，來自油的添加劑。分析方法的實質(zhì)根據(jù)油液中元素的種類及含量，反推出磨損零件及磨損的程度。元素的種類→磨損零件；元素的含量→磨損的程度。光譜分析判斷標(biāo)準(zhǔn)通常情況下，滑油中元素的濃度值的高低，反映了磨損量的大小，因此，可以用元素濃度值的大小及變化趨勢，作為判斷故障的依據(jù)。各種機(jī)械，根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析，對照驗證，定出各種元素濃度的最大允許值，作為判斷有無異常磨損的依據(jù)。Sunday,February5,2023光譜監(jiān)測技術(shù)在柴油機(jī)中的應(yīng)用

柴油機(jī)的摩擦副較多，影響因素復(fù)雜，要想判斷磨粒的來源，必須對其中的各種摩擦副材料十分熟悉，光譜分析結(jié)果對判斷磨粒的來源極其重要。右表可作為判斷金屬磨粒的來源的參考。序號元素可能發(fā)生磨損的零件1鋁活塞、軸承2銅軸承3鉻活塞環(huán)、缸套4鐵缸套、曲軸、活塞環(huán)和凸輪軸5鉛軸承6鉬活塞環(huán)7鎳閥門（耐熱鋼）8錫軸承9硅吸收的塵埃、型砂等光譜監(jiān)測磨粒來源Sunday,February5,20233）鐵譜監(jiān)測技術(shù)

(FerrographicMonitoringTechnique)

鐵譜監(jiān)測的原理：將潤滑劑流過一個高梯度強(qiáng)磁場，利用磁力把鐵磁性磨粒或污染物微粒從潤滑劑中分離出來，并按顆粒的大小有序地沉積,然后借助于光學(xué)或電子手段可以獲得磨粒形貌、大小、濃度、成分等方面的信息。如p67圖5－12測定的內(nèi)容:1）磨粒的濃度和顆粒的大小，