(1)故障和故障类型

1)故障

元件、子系统、系统在运行时,达不到设计规定的要求,不能完成任务的情况,称为故障。

2)故障类型

系统、子系统或元件发生的每一种故障的形式,称为故障类型。 例如,—个阀门故障可以有4 种故障类型：内漏、外漏、打不开、关不严。

3)故障等级

根据故障类型对系统或子系统影响程度的不同而划分的等级,称为故障等级。

(2)分析程序

故障类型和影响分析通常包括以下4 个方面：

1)掌握和了解对象系统

对故障类型和影响进行分析之前,必须掌握被分析对象系统的有关资料,以确定分析的详细程度,主要包括以下内容：

①了解作为分析对象的系统、装置或设备。

②确定分析系统的物理边界,划清对象系统、装置、设备与子系统、设备的界线,圈定所属的元素(设备、元件)。

③收集元素的最新资料,包括其功能、与其他元素之间的功能关系等。

分析的详细程度取决于被分析系统的规模和层次。 例如,选定一座化工厂作为对象系统时,故障类型和影响分析应着眼于组成工厂的各个生产系统,如供料系统、间歇混合系统、氧化系统、产品分离系统及其他辅助系统等,对这些系统的故障类型及其对工厂的影响进行分析。 当把某个生产系统作为对象系统时,应对构成该系统的设备的故障类型及其影响进行分析。 当以某一台设备为分析对象时,则应对设备的各部件的故障类型及其对设备的影响进行分析。 当然,分析各层次故障类型和影响时,最终都要考虑它们对整个工厂的影响。

2)对系统元素的故障类型进行分析

在对系统元素的故障类型进行分析时,要将其看成故障原因产生的结果。 首先找出所有可能的故障类型,同时尽可能找出每种故障类型的所有原因,然后确定系统元素的故障类型。故障类型的确定可依据以下两个方面：

①分析对象是已有元素,则可根据以往运行经验或试验情况确定元素的故障类型。

②若分析对象是设计中的新元素,则可参考其他类似元素的故障类型,或者对元素进行可靠性分析来确定元素的故障类型。

一般来说,一个元素至少有4 种可能的故障类型：意外运行,运行不准时,停止不及时,运行期间故障。

为了区分故障类型和故障原因,必须明确元素的故障是故障原因对元素功能影响的结果。 故障原因可从内部原因和外部原因两个方面来分析。

在分析时,首先把元素进一步分解为若干组成部分,如机械部分、电气部分等,然后研究这些部分的故障类型(内部原因)和这些部分与外界环境之间的功能关系,找出可能的外部原因。 一般来说,外部原因主要是元素运行的外部条件方面的问题,同时也包括邻近的其他元素的故障。

3)故障类型的影响

故障类型的影响是指系统正常运行的状态下,详细地分析一个元素各种故障类型对系统的影响。 确定元素故障类型的程序如图3.1 所示。

图3.1　确定元素故障类型的程序

分析故障类型的影响,通过研究系统主要的参数及其变化来确定故障类型对系统功能的影响,也可根据故障后果的物理模型或经验来研究故障类型的影响。

故障类型的影响可从下面3 种情况来分析：

①元素故障类型对相邻元素的影响。 该元素可能是其他元素故障的原因。

②元素故障类型对整个系统的影响。 该元素可能是导致重大故障或事故的原因。

③元素故障类型对子系统及周围环境的影响。

4)列出故障类型和影响分析表

根据故障类型和影响分析表,系统、全面和有序地进行分析,最后将分析结果汇总于表中,可以一目了然地显示全部分析内容。 根据研究对象和分析的目的,故障类型和影响分析表可设置成多种形式。(www.daowen.com)

(3)一般机电产品、设备常见故障类型分析

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,这些故障类型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,结果因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。 一般机电产品、设备常见故障类型见表3.9。

表3.9　一般机电产品、设备常见故障类型

(4)故障类型和影响、危险度分析

把故障类型和影响分析从定性分析发展到定量分析,则形成了故障类型和影响、危险度分析FMECA(Failure Modes Effects and Criticality Analysis)。

故障类型和影响、危险度分析包括以下两个方面的分析：

①故障类型和影响分析。

②危险度分析。

例如,起重机制动装置和钢丝绳的部分故障类型和影响、危险度分析见表3.10。

表3.10　起重机的故障类型影响和危险度分析

注：1.危险程度分为：大,危险;中,临界;小,安全。
2.应急措施：立即停止作业,及时检修,注意。
3.发生概率：非常容易发生,1 ×10 -1
容易发生,1 ×10 -2
偶尔发生,1 ×10 -3
不常发生,1 ×10 -4
几乎不发生,1 ×10 -5
很难发生,1 ×10 -6

危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度。 通常,采用概率——严重度来评价故障类型的危险度。 概率是指故障类型发生的概率;严重度是指故障后果的严重程度。 采用该方法进行危险度分析时,通常把概率和严重度分别划分为若干等级。 例如,美国的杜邦公司把概率划分为6 个等级,危险程度划分为3 个等级(见表3.10 中注)。

【任务实施】

(1)任务准备

讲稿,案例,多媒体教学设备。

(2)任务应用

应用3.5　电机运行系统故障类型和影响分析。

一电机运行系统如图3.2 所示。 该系统是一种短时运行系统,如果运行时间过长,则可能引起电线过热或者电机过热、短路。 对系统中主要元素进行故障类型和影响分析,并将其结果列入表3.11 中。

图3.2　电机运行系统示意图

表3.11　电机运行系统故障类型和影响分析

请同学们分析此故障类型及影响分析表,思考一下有没有遗漏的故障类型,并将遗漏的进行补充说明。

应用3.6　空气压缩机储气罐的故障类型和影响分析。

空气压缩机的储气罐属于压力容器,其功能是储存空气压缩机产生的压缩空气。 这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个元素的故障类型及其影响,将分析结果列入表3.12 中,并完善空缺部分。

表3.12　储气罐的故障类型和影响分析