設備故障隨時間變化規律呈不同的分布類型,依據其分布類型來估計設備可靠性參數,采取合理的監測方法和維修方針。
設備故障的特點與防范
1.簡單設備的典型故障曲線
其在整個使用壽命周期內的故障率變化情況如圖所示。
由于其圖形很像一個浴盆,通常稱為浴盆曲線。該曲線是設備在運行壽命時間內,故障發展的規律,表現了故障率變化的三個階段。
第一階段為初始故障期,也稱為早期故障期。它是指新設備(或大修好的設備)的安裝調試過程至移交生產試用階段。
由于設計、制造中的缺陷,零部件加工質量以及操作工人尚未全部熟練掌握等原因,致使這一階段故障較多,問題充分暴露。隨著調試、排除故障的進行,設備運轉逐漸正常,故障發生率逐步下降。
第二階段是偶發故障期。這時設備各運動件已進入正常磨損階段,操作工人已逐步掌握了設備的性能、原理和調整的特點,故障明顯減少,設備進入正常運行階段。
在這一階段所發生的故障,一般是由于設備維護不當、使用不當、工作條件(負荷、溫度、環境等)劣化等原因,或者由于材料缺陷、控制失靈、結構不合理等設計、制造上存在的問題所致。
第三階段是劣化故障期,也稱耗損故障期。設備隨著使用時間延長,各部分機件因磨損、腐蝕、疲勞、材料老化等逐漸加劇而失效,致使設備故障增多,生產效能下降,為排除故障所需時間和排除故障的難度都逐漸增加,維修費用上升。
這時應采取不同形式的檢修、或進行技術改造,才能恢復生產效能。如果繼續使用,就可能造成事故。
以上三個階段對應故障分布的三種基本類型,即初期為故障遞減型,偶發期為故障恒定型,耗損期為故障遞增型。
三個階段里發生的故障,凡因磨損發生的故障,稱為有規律性故障。因此三個階段對應的磨損量,也可分為磨合磨損期、緩慢磨損期和快速磨損期。
2.復雜設備的故障模型
20世紀60年代,提出了以可靠性為中心的維修理論,經過大量的研究,對于復雜設備故障,除了浴盆曲線故障模型外,還存在其他五種故障模型,見圖。
五種故障曲線顯示各種機電部件故障與時間的關系,其中故障概率呈穩定或緩慢上升D、E、F三種類型占了故障總概率的89%,其余的只占11%。
Dalanik定律:"可修復的復雜設備,無論故障件壽命分布類型如何,故障件修復或更新以后,設備的故障率隨時間而趨于常數。"
復雜設備的故障模式多種多樣,每種故障隨機發生后,如果及時排除、修復或更新故障件,可使設備故障率成為常數。除了簡單的磨損、疲勞及腐蝕等消耗故障外,才屬于A、B、C類型故障。
根據圖中不同的故障分布曲線,設備越復雜,故障率越高,隨機性越大。只按某種固定監測診斷方法和維修方式,難以解決復雜的設備故障問題。
美國宇航局NASA通過研究,歸納六種設備故障概率,其中F類占68%,在整個服役期內故障概率恒定。
所謂復雜的設備是指具有多種故障模式的設備,一般的機械設備、電氣和電子設備大多為復雜的設備,如電機、汽輪機、加工中心、壓縮機及生產線等。這些設備的故障基本符合F類故障規律,在服役期間故障率恒定不變,但是其故障是隨機發生的。
所以要強調對設備的監測和診斷,設備故障的隨機性越強,越要進行檢測和診斷。設備檢測診斷有設備停機檢測診斷和運行中的檢測診斷;也有在線監測診斷和離線監測診斷。
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