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    基于滑油磨粒監(jiān)測的煤礦機械磨損故障預警

    2020-06-01 10:26:08周俊麗
    設(shè)備管理與維修 2020年9期
    關(guān)鍵詞:滑油磨粒油液

    王 超,周俊麗

    (國家能源神東質(zhì)量技術(shù)檢測檢驗中心,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

    0 引言

    目前礦用設(shè)備管理多采用傳統(tǒng)的日常點巡檢和事后維修相結(jié)合的方式,該方式存在重要機械部件缺乏有效監(jiān)測手段,無法準確掌握重點設(shè)備的運行狀態(tài),設(shè)備日常維護缺少數(shù)據(jù)支撐,存在維護盲點;設(shè)備點檢可能不及時;設(shè)備點檢工作繁重,需要較大的人力資源成本投入,且巡檢難度大;日常設(shè)備點巡檢對點檢人員存在安全風險;設(shè)備檢修后缺少客觀數(shù)據(jù)對檢修狀態(tài)進行評估等問題?;诖罱ǖ牡V井下旋轉(zhuǎn)類機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對井下設(shè)備的振動和溫度狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)多起設(shè)備潛在的機械故障,并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)跟蹤的情況合理的制定設(shè)備運行維護措施,成功的避免多設(shè)備的非計劃停機,為企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟效益。

    油液是能動設(shè)備的血液,感知磨損這一逐漸發(fā)展過程所攜帶的信息,井下旋轉(zhuǎn)類設(shè)備在使用過程中,會發(fā)生因其潤滑系統(tǒng)運轉(zhuǎn)部件磨損引起的故障。這些故障會嚴重影響設(shè)備在正常壽命期的使用。對滑油進行采樣分析,根據(jù)滑油中攜帶的磨粒信息,判明磨損狀態(tài),確定是否換油和維修,及時采取措施是當前進下設(shè)備維護所急需的技術(shù)之一。

    通過對采煤機在運行過程中對滑油蘊含的多信息進行在線獲取,并結(jié)合工況因素及拆檢信息進行故障特征的識別,實現(xiàn)磨損故障異常預測方法,從而實現(xiàn)對軸承的潤滑狀態(tài)及磨損故障進行診斷和預測。

    1 井下減速機軸承的磨粒在線監(jiān)測

    采用在線磨粒監(jiān)測系統(tǒng)對磨粒信息進行獲取,原理(圖1),通過一種安裝于減速箱滑油(圖2)系統(tǒng)管路的油液監(jiān)測系統(tǒng)(圖3),能在生產(chǎn)過程中實時對滑油中攜帶的磨粒信息,通過數(shù)據(jù)的趨勢變化來對油液的變化過程做出記錄和分析。

    1.1 滑油監(jiān)測部分組成及結(jié)構(gòu)

    圖1 在線磨粒監(jiān)測系統(tǒng)原理

    圖2 應用對象

    圖3 滑油監(jiān)測箱體

    系統(tǒng)主要包括:取樣部分、信號采集控制部分、數(shù)據(jù)傳輸和管理部分;取樣部分將采集器的信號采集,通過電纜輸入信號采集控制部分進行信號處理傳輸,數(shù)據(jù)傳輸和管理部分通過下位機和上位機之間的通信及上位機軟件數(shù)據(jù)進行分析。監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

    1.2 監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)輸出

    (1)采集頻率1~10 min/條、取樣量50~100 ml/環(huán)節(jié)、系統(tǒng)壓力<0.5 MPa,功率<500 W、流速50~1000 mL/min。

    (2)數(shù)字圖像壓縮存儲比。

    (3)油液磨粒濃度監(jiān)測范圍:>5 PPM。

    (4)磨粒分辨率:5 μm。

    (5)磨粒圖像采樣幀率:30 f/s。

    (6)數(shù)字圖像存儲容量:>1000 幅。

    (7)小磨粒有效尺寸5~100 μm,大磨粒尺寸100~500 μm。

    (8)信號類型:數(shù)字格式磨粒圖像(圖5)。

    圖4 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    圖5 監(jiān)測輸出譜片

    2 動態(tài)信息下的異常磨損預警

    2.1 磨粒監(jiān)測結(jié)果

    采用2018年9月18日到2018年12月7日進行周期性數(shù)據(jù)獲取,主要參數(shù)包括IPCA 值、磨粒圖像、表征信息提取等相關(guān)數(shù)據(jù)共計18 275 條,由于周期內(nèi)設(shè)備工作工況相對穩(wěn)定,因此清洗后數(shù)據(jù)按照同一工況進行趨勢分析及特征提取。周期內(nèi)IPCA 曲線如圖6、圖7 所示,正常磨損圖片如圖8 所示,異常磨損圖片如圖9 所示,異常磨損磨粒圖片如圖10 所示,突破告警值時間段見表1。

    圖6 周期內(nèi)IPCA 值變化

    圖7 周期內(nèi)IPCA 值異常變化

    圖8 正常磨損圖片數(shù)據(jù)

    圖9 異常磨損圖片數(shù)據(jù)

    圖10 異常磨損磨粒圖片數(shù)據(jù)

    表1 突破告警值時間段

    2.2 磨粒與振動信號對比結(jié)果

    磨粒濃度發(fā)生異常3 h 后,以10月9日數(shù)據(jù)為例進行比對,電機軸承振動數(shù)據(jù)開始響應反饋。設(shè)備高速軸輸入端高頻測點振動有效值約為15 m/s2(圖11);隨著設(shè)備運行狀態(tài)的持續(xù)劣化,到10月9日16:30 左右磨粒濃度IPCA 值突破1.8 %,磨粒直徑部分超過250 μm(前期50 μm 以內(nèi))同時高速軸輸入端高頻測點振動有效值約為110 m/s2,相較上線時的振動上升了約735 %;10月10日后設(shè)備振動劣化趨勢開始加劇,建議現(xiàn)場可以準備備品備件,待設(shè)備振動趨勢出現(xiàn)急劇劣化時停機檢修;到設(shè)備常規(guī)停機前,高速軸輸入端高頻測點振動有效值約為171.4 m/s2(圖11),相較10月9日的振動上升了約1100%;停機后對設(shè)備進行拆解檢修。

    2.3 拆機檢測結(jié)果

    通過在線監(jiān)測的磨粒特征變化、監(jiān)測對象振動值變化、監(jiān)測對象拆解照片進行對比映射,磨粒濃度值及單磨粒直徑異常變化時振動值也會隨之響應,拆解后磨損剝落現(xiàn)象也能夠看出運行過程中磨損的狀態(tài)變化。其研究結(jié)果能夠驗證油液監(jiān)測預警結(jié)果與運行工況特性變化的一致性。另外拆解后的軸承表面及滾道異常磨損也是和上述結(jié)果相吻合的(圖12)。

    圖11 振動監(jiān)測變化趨勢

    圖12 拆解后異常磨損照片

    3 結(jié)束語

    針對神東煤炭集團公司井下旋轉(zhuǎn)設(shè)備的磨損狀態(tài)進行監(jiān)測及分析,實現(xiàn)設(shè)備磨損故障的提前發(fā)現(xiàn)及預警,主要結(jié)論如下:

    (1)針對神東煤礦設(shè)備的實際工況,結(jié)合油液監(jiān)測的特點,提出應用于設(shè)備異常磨損識別的監(jiān)測裝置。

    (2)針對神東煤炭集團公司的生產(chǎn)實際和設(shè)備特點,構(gòu)建基于磨粒濃度監(jiān)測的異常磨損識別方法。

    (3)運用關(guān)聯(lián)性研究方法驗證基于滑油監(jiān)測信息提取的煤礦井下減速機軸承磨損故障預警方法的可行性,實現(xiàn)基于滑油磨粒信息提取的設(shè)備異常磨損識別,提高油液分析結(jié)果判斷準確性和全面性,同時節(jié)約分析成本。

    (4)通過重點煤礦設(shè)備關(guān)鍵部件磨損監(jiān)測分析案例,為基于油液分析技術(shù)的大型煤礦設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供參考。

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