設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在制造類企業(yè)中的應(yīng)用案例

文 翁振斌

概述

福建永智印刷機(jī)械設(shè)備有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)移印機(jī)、絲印機(jī)及其他印后加工設(shè)備的企業(yè)，目前在大型印刷設(shè)備制造類企業(yè)中，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握電動(dòng)機(jī)在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部正常或異常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。通俗地講，這是一種給電機(jī)設(shè)備“看病”的技術(shù)。而現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)設(shè)備的一個(gè)征兆往往對(duì)應(yīng)好幾個(gè)故障，同理，一個(gè)故障也對(duì)應(yīng)好幾種征兆；就目前對(duì)電機(jī)設(shè)備來說，故障診斷技術(shù)主要是通過軟件支持下的測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析。但是現(xiàn)場(chǎng)跟實(shí)驗(yàn)的環(huán)境有很多的區(qū)別，這就要求企業(yè)的技術(shù)人員不僅要重視對(duì)測(cè)振儀波形-頻譜圖和參數(shù)的分析，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能和環(huán)境因素等的了解，這些都是為故障診斷進(jìn)行一個(gè)結(jié)論的相互補(bǔ)充和驗(yàn)證的過程。不管對(duì)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)也好，故障診斷也罷，最終的目的是要解決問題，找到問題的本質(zhì)，才能對(duì)癥下藥。這樣會(huì)對(duì)企業(yè)從電機(jī)的事后維修和計(jì)劃維修向預(yù)防維修和狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變提供一個(gè)很好技術(shù)支撐平臺(tái)，加快了電機(jī)設(shè)備管理和維修技術(shù)的發(fā)展。

設(shè)備狀況

福建永智印刷機(jī)械設(shè)備有限公司按原先的檢修計(jì)劃，于2020年12月份開始對(duì)生產(chǎn)車間的高壓電動(dòng)機(jī)C352A進(jìn)行了一個(gè)全面的監(jiān)測(cè)，在這之前，此臺(tái)電機(jī)檢修了3次且檢修周期越來越短，如下表2-1所示。本次監(jiān)測(cè)工作按照《中國石油化工總公司石油化工旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（SHS 01003-2004）的要求進(jìn)行。通過2018．02．23～2018．03．10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和故障診斷發(fā)現(xiàn)：電機(jī)檢修周期縮短的主要故障源是：基座強(qiáng)度不夠?qū)е碌?，詳見下面?nèi)容。

電機(jī)詳細(xì)參數(shù)

生產(chǎn)車間的高壓電動(dòng)機(jī)C352A具體銘牌參數(shù)如下表2-2所示。

電機(jī)基組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)分布圖

高壓電動(dòng)機(jī)C352A機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-3所示。

電機(jī)機(jī)組測(cè)量點(diǎn)分布情況圖如圖2-4所示。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)

2020年12月18日開始對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)C352A進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到2021年1月5日，本次監(jiān)測(cè)按照《中華人民共和國旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)烈度值均在允許范圍內(nèi)，位于B區(qū)，具體數(shù)據(jù)如下表3-1所示（2020年12月18日測(cè)的數(shù)據(jù)）。根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，基座安裝不符合要求。我們首先從各部位振動(dòng)增加幅度這個(gè)方面來分析：從2020年12月18日～2021年1月5日的監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)基座振動(dòng)增加幅度最大（最大數(shù)據(jù)變化：0．5～1．2mm/s）；其次是電機(jī)地腳的振動(dòng)增加幅度（最大數(shù)據(jù)變化：1．5～2．0mm/s）；最后是電機(jī)的振動(dòng)增加幅度（最大數(shù)據(jù)變化：2．6～2．8mm/s）。

表2-1 高壓電動(dòng)機(jī)C352A檢修周期統(tǒng)計(jì)表

表2-2 C352A電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)表

圖2-4 高壓電動(dòng)機(jī)C352A機(jī)組測(cè)量點(diǎn)分布情況圖

表3-1 各測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)值列表（振動(dòng)烈度值單位：mm/s ）

對(duì)剛性安裝軸中心高超過400mm的電動(dòng)機(jī)，安裝的時(shí)候應(yīng)當(dāng)進(jìn)行剛性安裝。安裝之后在電動(dòng)機(jī)地腳上或座式軸承相鄰的基座地腳上測(cè)得的振動(dòng)速度有效值，應(yīng)不超過相鄰軸承同方向上測(cè)得值的50%，否則認(rèn)定安裝不符合工藝要求。而此次對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)C352A進(jìn)行監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，在電機(jī)地腳上測(cè)得振動(dòng)有效值超過了相鄰軸承同方向上測(cè)得值的50%。

故障診斷

通過對(duì)波形-頻譜圖分析，波形圖反應(yīng)的主要故障是轉(zhuǎn)子不平衡，同時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中有偏差，如圖4-1所示：

圖4-1 波形圖

圖4-2 頻譜圖

而根據(jù)頻譜圖分析，主要頻率是1倍頻（2977/60=49．6Hz，工頻），2倍頻占了很少的一部分，如圖4-2所示，說明存在3種情況：一是轉(zhuǎn)子不平衡；二是基座強(qiáng)度不夠；三是軸承間隙大、配合不好。

根據(jù)2019年6月23日的檢修數(shù)據(jù)，電機(jī)軸徑位置的跳動(dòng)值是0．005mm，泵和電機(jī)的同心度分別為徑向0．08mm，軸向0．06mm，由此可以排除轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡這種情況。而根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)前后值相差不大和電機(jī)軸承裝配過程都符合標(biāo)準(zhǔn)，可以排除軸承間隙大、配合不好這種情況。

通過觀看波形-頻譜圖，確定其故障最有可能是轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡這種情況，但是通過對(duì)比電機(jī)、地腳和基座的波形--頻譜圖，發(fā)現(xiàn)圖形都是一樣的，如果是轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡，其軸承座和基座波形-頻譜圖都是不一樣的，所以測(cè)試結(jié)果跟轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡的故障現(xiàn)象對(duì)應(yīng)不上，更像是基座的振動(dòng)傳遞給電機(jī)的。再查看電機(jī)軸承這段時(shí)間運(yùn)行的頻譜圖，發(fā)現(xiàn)電機(jī)主要故障和幅值基本沒有變化，排除漸變不平衡的可能，同時(shí)測(cè)振儀統(tǒng)計(jì)的參數(shù)只有波形和波峰因數(shù)變化不大以及高頻范圍內(nèi)波形-頻譜圖基本沒有變化，說明軸承運(yùn)行是正常的，進(jìn)一步排除軸承間隙大、配合不好和轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡這2種情況。根據(jù)電機(jī)基座和地腳的頻譜圖上其幅值在不斷增大，可以確定故障源來自基座，說明故障原因是電機(jī)安裝時(shí)基座強(qiáng)度不夠。

通過上述的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，證實(shí)造成高壓電動(dòng)機(jī)C352A檢修周期縮短的主要原因是電機(jī)在安裝施工時(shí)基座強(qiáng)度不夠，建議立即重新對(duì)電機(jī)的基座進(jìn)行灌漿處理。

現(xiàn)場(chǎng)處理結(jié)果

2021年1月，福建永智印刷機(jī)械設(shè)備有限公司利用檢修時(shí)間，對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)C352A的基座進(jìn)行拆除，發(fā)現(xiàn)電機(jī)端水泥與基座之間沒有接觸好，有些地方是空的，隨即重新對(duì)整個(gè)基座進(jìn)行二次灌漿，開機(jī)運(yùn)行后各個(gè)數(shù)據(jù)都有很明顯的下降且都在B區(qū)范圍內(nèi)，具體數(shù)據(jù)如下表5-1所示；同時(shí)經(jīng)過1個(gè)月的監(jiān)測(cè)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)數(shù)據(jù)也沒有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，且聲音和溫度都是正常的。

表5-1 各測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)值列表（振動(dòng)烈度值單位：mm/s ）

總結(jié)

通過對(duì)大型印刷設(shè)備制造類企業(yè)中的電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并應(yīng)用故障診斷技術(shù)，可以幫助車間管理人員和維修人員明確電機(jī)發(fā)生故障的真實(shí)原因，有效的延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行周期，為設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行夯實(shí)了基礎(chǔ)。同時(shí)這種防患于未然的處理技術(shù)使得設(shè)備故障從事后維修變?yōu)轭A(yù)防維修，大大節(jié)省了維修時(shí)間和維修成本，為企業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)管理提供了技術(shù)支撐。