三、综合分析题1. 何谓设备故障?何谓设备故障诊断技术?
[答] 设备故障是指设备在工作过程中,因某种原因丧失规定功能的现象。测取设备在运行中和相对静止条件下的状态信息,通过对所测信号的处理和分析,并结合设备的历史状况,定量识别设备及其零、部件的实时技术状态,并预知有关异常、故障和预测未来技术状态,从而确定必要对策的技术即为设备故障诊断技术。
2. 何谓突发性故障?何谓渐发性故障?
[答] 突发性故障是突然发生的,发生之前无明显可查征兆,具有较大破坏性。这种故障的发生是由于设备的多种内在不利因素及偶然性环境因素综合作用的结果。为避免突发性故障的发生,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。大部分的设备故障都属于这类故障,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)故障有规律,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。
3. 何谓设备故障的直接参数?何谓设备故障的间接参数?试述采用间接特征参数进行设备故障诊断的优缺点。
[答] 通常把设备或部件的输出参数,即设备或部件的输出、输入与输出的关系或设备两个输出变量之间的关系,以及设备或零、部件的损伤量,如变形量、磨损量、裂纹大小、锈蚀程度等叫做故障的直接特征参数。而把设备运转中的二次效应参数,即设备在运转过程中产生的振动、噪声、温度、电量等,叫做故障的间接特征参数。
用间接特征参数进行故障诊断的主要优点是在设备运行中以及不作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问常存在某种随机性。
4. 试述设备故障诊断技术的实施过程以及状态监测与故障诊断的关系。
[答] 设备的故障诊断包括状态的识别和对未来的预测两个方面。可以把故障诊断的过程划分为三个阶段,即状态监测、分析诊断和治理预防。
对设备故障进行诊断,首先要通过传感器采集设备(零部件或机组等)在运行中的各种信息,将其变为电信号,再将获取的信号输入到信号处理系统进行处理,以便得到能反映设备运行状态的参数,这就是状态监测。信号处理系统所要完成的一项主要工作是去除干扰,将征兆信号提取出来。
分析诊断包括状态识别和诊断决策,即根据状态监测得到的能反映设备运行状态的征兆(或特征参数)的变化情况,或将征兆(或特征参数)与某故障状态参数(模式)进行比较,来识别设备是否存在故障,判断故障的性质和程度及产生的原因、发生的部位,并预测设备的性能和故障发展趋势。
根据分析诊断得出的结论来确定治理修正和预防的办法,包括调度、改变操作、更换、停机检修等,这就是治理预防。如果认定设备尚可继续运行一段时间,那么需对故障的发展情况作重点监视或巡回监视,以保证设备运行的可靠性。
状态监测是故障诊断的基础和前提,没有监测就谈不上诊断;故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理,诊断是目的。设备的状态监测与故障诊断既有联系又有区别。
状态监测通常是指通过监测手段监视和测量设备或零部件的运行信息和特征参数(如振动、声响、温度等),当监测结果不需要作更进一步的分析和处理,而是以有限的几个指标就能确定设备的状态,这就是简易诊断。所采用的系统常称为监测系统或简易诊断系统。由此可见,状态监测与故障诊断是相互关联的。
故障诊断不仅要检查出设备是否发生了故障,还要对设备发生故障的部位,产生故障的原因、性质和程度等做出正确的判断,即要做出精密诊断。故障诊断人员不仅要了解监测、诊断系统,而且对设备的结构、特性、动态过程、故障机理及发生故障后的维修、管理工作等更要有比较深入的了解。从这一角度来看,故障诊断和状态监测是有区别的。
有时为了方便,将设备的状态监测与故障诊断统称为设备故障诊断。
5. 何谓确定性振动?何谓随机振动?简谐周期振动与复杂周期振动有何区别?
[答] 确定性振动能用确定的数学关系式来描述,对于指定的某一时刻,可以确定一相应的函数值。随机振动具有随机特点,每次观测的结果都不相同,无法用精确的数学关系式来描述,不能预测未来任意瞬间的精确值,而只能用概率统计的方法来描述它的规律。例如地震就是一种随机振动。
简谐周期振动只含有一个振动频率。而复杂周期振动含有多个振动频率,其中任意两个振动频率之比都是有理数。
6. 试述压电式加速度计是如何工作的。
[答] 压电式加速度计是基于压电晶体的压电效应工作的。压电式加速度计的核心是压电晶片。测量时,将加速度计基座与被测对象刚性固定在一起。当随被测对象一起振动时,加速度计把被测加速度变换成作用在压电晶片上的力,通过压电晶片的力一电转换把加速度变成电量输出。
7. 试述数字式频谱分析仪的组成及各组成部分的作用。
[答] 数字式频谱分析仪由前置放大器、抗混淆滤波器、A/D转换器、高速数据处理器及通信接口、面板控制、显示器、打印机等辅助设备组成。前置放大器用来将输入信号放大到需要的幅度。抗混淆滤波器实际上是一个低通滤波器,用来滤去高于分析频率量程的频率成分,防止高频成分混叠到分析频率中。A/D转换器将模拟量转换为数字量。高速数据处理器用于完成频谱分析。它可以是一台微型计算机,也可以是专用的硬件电路。
8. 何谓声压、声强、声功率?何谓声压级、声强级、声功率级?
[答] 声波传播过程中,空气质点也随之振动,产生压力波动。一般把没有声波存在时媒质的压力称为静压力,用P[0]表示。有声波存在时,空气压力就在大气压附近起伏变化,出现压强增量,这个压强增量就是声压,用P表示,单位为Pa。单位时间内,通过垂直传播方向上单位面积的声波能量称为声强,用I表示,单位为W/m[2]。声功率是声源在单位时间内辐射出来的总声能,单位为W。
用级来表示声压、声强、声功率即为声压级、声强级、声功率级。具体地说,声压级是声波的声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍。声强级是声波的声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍。声功率级是声波的功率与基准功率之比的以10为底的对数的10倍。
9. 利用噪声信号特征参数的变异及其程度进行故障诊断的标准有哪些?
[答] 利用噪声信号特征参数的变异及其程度进行故障程度的判断有三种标准,即绝对标准、相对标准和类比标准。在绝对标准中,是利用测取的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较;在相对标准中,是利用测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较;而在类比标准中,则是利用同类设备在相同工况下的噪声信号的特征量值进行比较。
10. 什么是响度级?
[答] 人耳对声音的感受不仅与声压有关,而且还与频率有关。如声压级相同而频率不同的声音,频率高的听起来要响得多。响度级正是根据人耳这种听觉特性提出的噪声评定值。它选取1000Hz的纯音为基准声,如果所测声音听起来与某一声压级的基准声一样响,则该基准声的声压级dB值就是所测声音的响度级,其单位为Phon(方)。
11. 试述声级计的种类、组成和作用。
[答] 声级计按其用途分为一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计(噪声计量计)等。按其精度分为0型声级计(实验室用标准声级计)、1型声级计(一般用途的精密声级计)、2型声级计(一般用途的声级计)、3型声级计(普级型声级计)。按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。
声级计由传声器、衰减(放大)器、计权网络、均方根值检波器、指示表头等组成。
被测的声压信号通过传声器转换成电压信号,该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络(依测量需要,可以外接滤波器代替计权网络),经过均方根值检波器推动以分贝标定的指示表头,或者输入外接的记录仪器。计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路,分为A、B、C、D四种。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级。对应四种计权网络测得的声压级分别称为A声级(LA)、B声级(LB)、C声级(LC)和D声级(LD),分别记为dB(A)、dB(B)、dB(C)和dB(D)。A、B、C计权网络分别近似模拟了40方、70方、100方三条等响曲线,三种计权网络对低频噪声有不同程度的衰减,A衰减最强,B次之,C最弱。其中,A计权网络除对低频噪声衰减最强外,对高频噪声反应最为敏感,这正与人耳对噪声的感觉相接近。故在对人耳有害的噪声测量中,都采用A计权网络。D计权网络是专门为飞机噪声测量设计的。
12. 半导体热敏电阻有哪些特点?
[答] 半导体热敏电阻的测温范围在-100℃~300℃。它具有大的电阻温度系数(比金属热电阻高10~100倍),高的电阻率,感温元件可以做得很小,可根据需要做成片状、棒状和珠状(珠状外形尺寸仅3mm),可测空隙、腔体、内孔等处的温度。但它的性能不够稳定,互换性差。
13. 试述采用温度测量法探测电气元件故障的依据及所采用的仪器。
[答] 电气元件接触不良会使接触电阻增加。当有电流通过时,会因发热量增大而形成局部过热。与此相反,整流管、晶闸管等器件损伤后,将不会发热而出现冷点。通过局部过热及所出现的冷点的检测,便可以探测出电气元件故障。电气元件故障通常采用红外热像仪进行探测。
14. 与常规裂纹检测法相比,声发射检测法有哪些特点?
[答] 与常规的裂纹检测方法相比,声发射裂纹探测法有如下特点:
(1)声发射探测法为动态测量法,测量时需对设备外加应力;
(2)声发射探测法灵敏度高,检测覆盖面积大,不会漏检,可远距离探测;
(3)声发射探测可在设备运行状态下进行;
(4)声发射探测法不能反映静态缺陷。
15. 试述用油液污染检测法进行磨损检测的依据及常用方法。
[答] 油液污染监测法是通过对设备中循环流动的油液污染状况进行监测。采用油液污染监测法进行磨损监测是一种行之有效的方法。各类设备流体系统中的油液,均会因内部机件的磨损产物而产生污染。流体系统中被污染的油液带有机械技术状态的大量信息。根据监测和分析油液中污染物的元素成分、数量、尺寸、形态等物理化学性质的变化,便可以判断是否发生了磨损及磨损程度。
用油液污染监测法进行磨损监测常用的方法有油液光谱分析法、油液铁谱分析法和磁塞检测法。
油液光谱分析法是指利用原子发射光谱或原子吸收光谱分析油液中金属磨损产物的化学成分和含量,从而判断机件磨损的部位和磨损严重程度的一种污染诊断法。光谱分析法对分析油液中有色金属磨损产物比较适用,可以探测到直径在10μm以下的粒子。
铁谱分析法所使用的分析仪有铁谱分析仪和直读式铁谱仪等。油液铁谱分析能提供磨损产物的数量、粒度、形态和成分四种参数,通过研究即可掌握有关的磨损情况。该方法可以探测到直径在100μm以下的粒子。磁塞检测法是用带磁性的塞头插入润滑系统的管道内,收集润滑油中的磨粒残留物,用肉眼直接观察其大小、数量和形状,判断机器零件的磨损状态。这是一种简便而有效的方法,可以探测到直径在70~1000μm的粒子。