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1、第7章设备的故障与事故 教学内容,7.1设备故障分类及分析方法 7.1.1设备的故障及分类 7.1.2设备故障分析方法 7.2设备事故的管理 7.2.1设备事故的概念 7.2.2设备事故的管理 7.2.3设备事故典型调查程序 7.2.4设备事故的处理,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,教学内容,重点与难点,设备故障分析方法：统计分析分析；分步分析法；故障树分析法(难点)；典型事故分析法。 设备事故典型调查。,学习目标,掌握设备故障概念及其分类； 学会掌握用统计分析分析、分步分析法、故障树分析法(难点)和典型事故分析法分析设备故障； 掌握各种设备事故的管理。,河南理工大学机械与动
2、力工程学院 2020/8/5,概述：,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,实际生产中，设备故障与设备的事故是客观存在的。为了最大限度地提高企业的经济效益，其中相当重要的一点就是希望把设备故障次数降低到最低限度。 减少设备故障次数，提高了设备运转率，可以提高产量，降低消耗，从而降低成本。研究设备故障，减少设备故障是从事设备管理与维修工作者的一项重要任务。,7.1.1设备的故障及分类,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、设备故障的分类 设备的故障按技术性原因，可分为四大类：即磨损性故障、腐蚀性故障、断裂性故障及老化性故障。 (1) 磨损性故障：由于运动部件磨损，在某
3、一时刻超过极限值所引起的故障。 概念：所谓磨损是指机械在工作过程中，互相接触作相互运动的对偶表面，在磨擦作用下发生尺寸、形状和表面质量变化的现象。 分类：按其形成机理又分为粘附磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微振磨损等四种类型。 (2) 腐蚀性故障： 分类：按腐蚀机理不同又可分化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀三类。 化学腐蚀： 金属和周围介质直接发生化学反应所造成的腐蚀。反应过程中没有电流产生。,7.1.1设备的故障及分类,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、设备故障的分类 (2) 腐蚀性故障： 电化学腐蚀：金属与电介质溶液发生电化学反应所造成的腐蚀。反应过程中有电流产生。 物理
4、腐蚀：金属与熔融盐、熔碱、液态金属相接触，使金属某一区域不断熔解，另一区域不断形成的物质转移现象，即物理腐蚀。 在实际生产中，常以金属腐蚀不同形式来分类。常见的有八种腐蚀形式，即均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损性腐蚀、应力腐蚀。,7.1.1设备的故障及分类,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、设备故障的分类 (3) 断裂性故障： 分类：脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、塑性断裂等。 脆性断裂：原因有 由于材料性质不均匀所引起； 由于加加工工艺处理不当所引起，如在锻、铸、焊、磨、热处理等工艺过程中处理不当，就容易产生脆性断裂； 由于恶劣环境所引
5、起，如温度过低，使材料的机械性能降低，主要是指冲击韧性降低，因此低温容器(20以下)必须选用冲击值大于一定值的材料，再如放射线幅射能引起材料脆化，从而引起脆性断裂。,7.1.1设备的故障及分类,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、设备故障的分类 (3) 断裂性故障： 疲劳断裂：原因有 由于热疲劳，如高温疲劳等； 机械疲劳，又分弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、复合载荷疲劳等； 复杂环境下的疲劳，由于各种综合因素共同作用所引起。 应力腐蚀断裂：原因有 一个有热应力、焊接应力、残余应力或其它外加拉应力的设备，如果同时存在与金属材料相匹配的腐蚀介质，则将使材料产生裂纹，并以显著速度发展
6、的一种开裂， 如不锈钢在氯化物介质中的开裂，黄铜在含氨介质中的开裂，都是应力腐蚀。 又如所谓氢脆和碱脆现象造成的破坏，是应力腐蚀断裂。 塑性断裂：塑性断裂是由过载断裂和撞击断裂所引起。 (4) 老化性故障：上述综合因素作用于设备，使其性能老化所引起的故障。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,故障分析的方法一般有统计分析法、分步分析法、故障树分析法和典型事故分析法等。 1、统计分析法 概念：通过统计某一设备或同类设备的零部件(如活塞、填料等)或因某方面技术问题(如腐蚀、强度等)所发生的故障，占该设备或该类设备各故障的百分比，然后分析设备故障发生的主要问
7、题所在，为修理和经营决策提供依据的一种故障分析法，称为统计分析法。 举例：以腐蚀为例。 工业发达国家都很重视腐蚀故障的经济损失，经统计每年由于腐蚀损失达国民经济总值的5。 设备故障中，其腐蚀故障约占设备故障的一半以上。 国外对腐蚀故障作了具体分析，得出的结论是：随着工业的发展，腐蚀形式也发生了变化，不仅仅是壁厚减薄，或表面形成局部腐蚀，而且主要是以裂纹、微裂纹等形式出现了。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,1、统计分析法 举例：以腐蚀为例,表71美国杜邦公司统计资料,表72日本三菱化工机械公司10间的统计资料,表73日本挥发油株式会社10间的统计资
8、料,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、分步分析法-举例 分步分析法是对设备故障的分析范围由大到小、由粗到细逐步进行，最终必将找出故障频率最高的设备零部件或主要故障的形成原因，并采取对策。这对大型化、连续化的现代工业，准确地分析故障的主要原因和倾向，是很有帮助的。表74为美国凯洛格公司对合成氨厂停车原因的分步分析。,表74第一步：统计停车及停车次数,表75第二步：分析停车原因 /（次/年）,可见：每两次停车中,就有一次是主要设备的事故引起的。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、分步分析法-举例,表76
9、第三步：分析停车次数最多的主要设备事故 /（%）,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,2、分步分析法-举例 由表分析76可算出： (1) 合成气压缩机停车次数所占比例较高，在19751976年的统计中，高达25。这是因为离心式合成气压缩机的运行条件苛刻，转速高、压力高、功率大、系统复杂。因振动较大，引起压缩机止推环、叶片、压缩机密封部件及增速机轴承损坏等故障出现。 (2) 上升管和集气管的泄漏占较大的百分比(1319)。 (3)管道、法兰和阀门的故障占511，也比较高。 (4) 结论：通过以上分析，发生故障的主要部位就比较清楚了，因而可以采取不同对策，
10、来处理各种类型的故障。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法 (1) 故障树分析法的产生与特点 从系统的角度来说，故障既有因设备中具体部件(硬件)的缺陷和性能恶化所引起的， 也有因软件，如自控装置中的程序错误等引起的。 此外，还有因为操作人员操作不当或不经心而引起的损坏故障。 60年代初，随着载人宇航飞行，洲际导弹的发射，以及原子能、核电站的应用等尖端和军事科学技术的发展，都需要对一些极为复杂的系统，做出有效的可靠性与安全性评价；故障树分析法就是在这种情况下产生的。 故障树的由来： 故障树分析法简称FTA(FailuteTreeAnal
11、ysis)是1961年为评定美国导弹操纵系统可靠性及安全情况，由美国贝尔电话研究室的华特先生首先提出的。其后，在航空和航天器的设计、维修，原子反应堆、大型设备以及大型电子计算机系统中得到了广泛的应用。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，但其应用范围正在不断扩大，是一种很有前途的故障分析法。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法 故障树分析法的产生与特点-特点： 它是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它从系统开始，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件(又称顶端事件)发生的概率，同时也
12、可以用来分析零件、部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为因素和环境条件等在内。 它对系统故障不但可以作定性的而且还可以作定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况。 因为故障树分析法使用的是一个逻辑图，因此，不论是设计人员或是使用和维修人员都容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用途的“树”。例如，可以绘制出专用于研究维修问题的维修树，用于研究经济效益及方案比较的决策树等等。 由于故障树是一种逻辑门所构成的逻辑图，因此适合于用电子计算机来计算；而且对于复杂系统的故障树的构成和分析，也只有在应用计算机的条件下才能实现。,7
13、.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法 故障树分析法的产生与特点-缺点： 其中主要是构造故障树的多余量相当繁重，难度也较大，对分析人员的要求也较高，因而限制了它的推广和普及。 在构造故障树时要运用逻辑运算，在其未被一般分析人员充分掌握的情况下，很容易发生错误和失察。例如，很有可能把重大影响系统故障的事件漏掉； 同时，由于每个分析人员所取的研究范围各有不同，其所得结论的可信性也就有所不同。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法,(2) 故障树的构成和顶端事件的选取 顶端事件的选取，一个
14、给定的系统，可以有各种不同的故障状态（情况)。它是所要进行分析的对象和目的。 构造故障树是故障树分析中最为关键的一步。通常要由设计人员、可靠性工作人员和使用维修人员共同合作，通过细致的综合与分析，找出系统故障和导致系统该故障的诸因素的逻辑关系，并将这种关系用特定的图形符号，即事件符号与逻辑符号表示出来，成为以顶端事件为“根”向下倒长的一棵树故障树。它的基本结构及组成部分。,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法,(3) 故障树用的图形符号 用逻辑符号和事件符号，见图7-2和图7-3所示。,图72逻辑符号,图73事件符号,7.1.2设备故障
15、分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法,(3) 故障树用的图形符号 图74为一较为简单的故障树形式，根据它就可以从选定的系统故障状态，即顶端事件开始，逐级地找出其上一级与下一级的逻辑关系，直至最后追溯到那些寝的或其故障机理及故障概率为已知的，因而不需要继续分析的基本事件为止。这样，就可以得出这个系统所有基本事件与其顶端事件之间的逻辑关系。,图74故障树的形式,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法-举例,图74一项轴承故障分析的典型故障树,例7-1：试分析图7-5所示的故障树，并列出该系统的故障函数。
16、,7.1.2设备故障分析方法,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,3、故障树分析法-举例,例7-1：试分析图7-5所示的故障树，并列出该系统的故障函数。,7.2设备事故的管理,河南理工大学机械与动力工程学院 2020/8/5,7.2.1、设备事故的概念 范围：不论是设备自身的老化缺陷，或操作不当等外因，凡造成设备损坏或发生故障后，影响生产或必须修理者均为设备事故。 举例：例如空压机曲轴有砂眼，在长期交变循环载荷作用下，产生裂缝，导致曲轴断裂，并造成缸体、活塞等零件同时损坏的，属于设备事故。如因操作人员在启动空压机时，违反操作规程，不打开空压机出口阀门，以致设备超压造成设备损坏或爆破，也属于设备事故。 分类：重大设备事故；普通设备事故；微小事故。 (1) 重大设备事故：设备损坏严重，多系统企业影响日产量25%或修复费用达4000元以上者；单系统企业影响日产量50或修复费用达4000元以上者；或虽未达到上述条件，但性
