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故障类型及影响分析概述

  
评论: 更新日期:2020年09月03日

(1)故障。故障一般是指元件、子系统、系统在规定的运行时间、条件内,达不到设计规定的功能。

系统或产品发生故障有多方面原因,以机电产品为例,从其制造、产出和发挥作用,一般都要经历规划、设计、选材、加工制造、装配、检验、包装、贮存、运输、安装、调试、使用、维修等多个环节,每一个环节都有可能出现缺陷、失误、偏差与损伤,这就有可能使产品存在隐患,即处于一种可能发生故障的状态,特别是在动态负载、高速、高温、高压、低温、摩擦和辐射等苛刻条件下使用,发生故障的可能性更大。

一般机电产品、设备常见故障类型见表1。

表1 一般机电产品、设备常见故障类型

对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响应及时了解和掌握,才能正确地采取相应措施。若忽略了某些故障类型,这些类型故障可能因为没有采取防止措施而发生事故。例如,美国在研制NASA卫星系统时,仅考虑了旋转天线汇流环开路故障而忽略了短路故障,结果由于天线汇流环短路故障使发射失败,造成1亿多美元的损失。

掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际工作经验,特别是通过故障类型和影响分析来积累经验。

(2)故障的影响

从安全角度来说,事故、灾害是指“故障引起的人身伤亡和物质财产的损失”。也就是说,故障是事故、灾害的原因。一个系统或产品从正常发展成事故有一个过程:

正常→异常→征兆状态→故障→事故。

征兆状态是指,即使判断为异常,还未达到故障以至事故与灾害状态。通过观测、检测、监视这种征兆状态可收集到征兆信息,利用征兆信息,可以诊断、预测故障与事故。

讨论故障时不能离开功能、时间和条件三个因素。

① 功能。系统或产品发生故障,即丧失功能。其原因就是下级发生故障或不正常(其症状或现象称为故障模式)。上级和下级的层次概念,除考虑原对象的物理、空间关系外,应主要考虑功能联系及其重要性方面的问题。

故障模式若从可靠性定义来说,一般可从五个方面来考虑:运行过程中的故障:提前动作;在规定的时间不动作;在规定的时间不停止;运行能力降低、超量或受阻。

② 条件。在研究系统或产品的故障时,首先应了解其具有的功能及内部状态如何,是否有内部缺陷和劣化的因素,是否由于环境条件或所受应力的作用正在劣化或损伤扩展。故障原因分为即:

诱发故障的内因 – 内部原因、缺陷等;

直接造成故障的外因 – 外部应力、人员差错、环境条件、使用条件变化等。

③ 时间

考虑到故障对功能的影响时,必然要提出系统或产品的保证期是多少?故障大概在什么时间发生?在t=0时,功能当然正常,但在某个时间以后就可能出现问题。而且,故障发生的难易程度也是随时间变化的。故障模式及影响分析不是按时间序列进行分析的,这是它的不足之处。

④ 概率

在故障模式及影响分析中,一般要评定相对发生频率等级。如果有过去的各种数据,在故障模式、影响及致命度分析中利用故障率数据,可以对故障后果作出客观的评价。

(3)故障模式、原因、机理及效应

① 故障模式。故障模式是从不同表现形态来描述故障的,是故障现象的一种表征,即由故障机理发生的结果 - 故障状态。表5-1例出了一些故障模式。但产品不同,故障模式也不同。

如机床、汽车、起动设备等机械产品的故障模式表现为磨损、疲劳、折断、冲击、变形、破裂等。某些机电产品的故障模式举例如下。

水泵、涡轮机、发电机的故障模式有:误起动、误停机、速度过快、反转、异常的负荷振动、发热、线圈漏电、运转部分破损等。

容器的故障模式有:泄漏、不能降温、加热、断热、冷却过分等。

热交换器、配管类的故障模式有:堵塞、流路过大、泄漏、变形、振动等。

阀门、流量调节装置的故障模式有:不能开启或不能闭合、开关错误、泄漏、堵塞、破损等。

电力设备的故漳模式有:电阻变化、放电、接地不良、短路、漏电、断开等。

计测装置的故障模式有:信号异常、劣化、示值不准、损坏等。

支承结构的故障模式有:变形、松动、缺损、脱落等。

齿轮的故障模式有:断裂、压坏、熔触、烧结、磨耗(损等)。

滚动抽承的故障模式有;滚动体轧碎、磨损、压坏、腐蚀、烧结、裂纹、保持架损坏等。

滑动轴承的故障模式有:腐蚀、变形、疲劳、磨损、胶合、破裂等。

电动机的故障模式有:磨损、变形:发热、腐蚀、绝缘破坏等。

环境应力造成的故障模式见表2所示。

表2环境影响和故阵模式

环境因素主要影响典型故障模式
高温热老化 金属氧化 结构变化 设备过热 粘度下降、蒸发绝缘失效 接点接触电阻增大,金属材料表面电阻增大 橡胶、塑料裂纹和膨胀 元件损坏、着火、低熔点焊锡缝开裂、焊点脱开 丧失润滑特性
低温增大粘度和浓度 结冰现象 脆化 物理收缩 元件性能改变丧失润滑特性 电气机械功能变化,液体凝固、盲管破裂 结构强度减弱,电缆损坏,蜡变硬,橡胶变脆 结构失效,增大活动件的磨损,衬垫、密封垫弹性消失,引起泄漏 铝电解电容器损坏,石英晶体往往不振荡,蓄电池容量降低
高湿度吸收湿气 电化反应 锈蚀 电解物理性能下降,电强度降低。绝缘电阻降低,介电常数增大 机械强度下降 影响功能,电气性能下降,增大绝缘钵的导电性
干燥干裂 脆化 粒化机械强度下降 结构失效 电气性能变化
低气压膨胀 漏气 空气绝缘强度下降 散热不良容器破裂 电气性能变化、机械强度下降 绝缘击穿、跳弧、出现电弧、电晕放电现象和形成臭氧、电气设备工作不稳定甚至故障 设备温度升高
太阳幅射老化和物理反应 脆化、软化粘合表面特性下降、膨胀、龟裂、折皱、破裂、橡胶和塑料变质、电气性能变化 绝缘失效、密封失效、材料失色、产生臭氧
砂尘磨损 堵塞 静电荷增大 吸附水分增大磨损、机械卡死、轴承损坏 过滤器阻塞、影响功能、电气性能变化 产生电噪声 降低材料的绝缘性能
盐雾化学反应 锈蚀和腐蚀 电解增大磨损,机械强度下降、电气性能变化 绝缘材料腐蚀 产生电化腐蚀、结构强度减弱
环境因素主要影响典型故障模式
霉菌霉菌吞噬和繁殖吸附水分 分泌腐蚀液体有机材料强度降低、损坏、活动部分受阻塞导致其他形式的腐蚀,如电化腐蚀 光学透镜表面薄膜浸浊、金属腐蚀和氧化
力作用 材料沉积 热量损环(低速风) 热量增在(高速风)结构失效、影响功能、机械强度下降 机械影响和堵塞,加速磨损 加强低温影响 加速高速影响
物理应力 吸收水和浸渍 锈蚀 腐蚀结构失效,头锥、整流罩淋雨浸蚀 增在失热量,电气失效,结构强度下降 破坏防护镀层,结构强度下降、表面特性下降 加速化学反应
湿度冲击机械应力结构夫效和强度下降,密封破坏,电气元件封装损坏<
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