基于多維度潤(rùn)滑失效分析的設(shè)備故障診斷研究

黃藝輝

（廣東能源集團(tuán)天然氣有限公司，廣東廣州 510630)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的機(jī)器失效是由于零部件的磨損所引起的，而超過50%的磨損與設(shè)備的潤(rùn)滑失效相關(guān)[1]，所以潤(rùn)滑失效在設(shè)備故障分析中具有重要作用。廣東某發(fā)電企業(yè)以重要輔機(jī)設(shè)備為目標(biāo)，以潤(rùn)滑失效為分析切入點(diǎn)，開展設(shè)備關(guān)鍵零部件的失效故障診斷研究，這在一定程度減少了相同故障重復(fù)發(fā)生的概率，提高設(shè)備的可靠性。

1 研究背景

潤(rùn)滑磨損故障是設(shè)備故障的主要形式之一，它不僅消耗機(jī)械零部件的表面材料，降低機(jī)械的工作效率和精度，造成漏油、漏氣、噪聲等，而且還會(huì)增加機(jī)械系統(tǒng)的能耗。自機(jī)組正式投產(chǎn)以來，某發(fā)電企業(yè)的六大風(fēng)機(jī)油站、部分轉(zhuǎn)機(jī)的齒輪箱和軸承等重要輔機(jī)設(shè)備故障較多，很多故障就涉及潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑失效，但這類故障的分析和處理一直缺乏有效的分析、解決手段，部分設(shè)備隱患仍然存在。

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的故障發(fā)生點(diǎn)主要集中在幾個(gè)關(guān)鍵零部件，如軸承、齒輪、液壓系統(tǒng)的泵和閥等。根據(jù)SKF 統(tǒng)計(jì)，對(duì)于無(wú)質(zhì)量瑕疵、安裝正確的軸承，超過80%的故障是由于軸承潤(rùn)滑不良引起；對(duì)于液壓系統(tǒng)而言，約75%的故障與液壓油的質(zhì)量密切相關(guān)；而齒輪系統(tǒng)也有超過50%的故障與齒輪的潤(rùn)滑失效相關(guān)。因此，開展?jié)櫥а芯糠治鲞@些設(shè)備的故障有著重要作用。

本項(xiàng)目研究旨在保障設(shè)備潤(rùn)滑安全的前提下，通過油液常規(guī)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析提前發(fā)現(xiàn)重要輔機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部位的缺陷或解決、分析已出現(xiàn)的較大故障，以提高設(shè)備的可靠性和安全性，減少設(shè)備異?；驌p壞事件發(fā)生。

2 研究方法和內(nèi)容

2.1 基礎(chǔ)條件

近幾年，該發(fā)電企業(yè)有對(duì)汽機(jī)專業(yè)EH 油酸值、泡沫超標(biāo)問題和鍋爐專業(yè)引風(fēng)機(jī)液壓油站中的異物問題進(jìn)行過潤(rùn)滑失效分析，并取得預(yù)期效果，同時(shí)2015 年以來對(duì)關(guān)鍵設(shè)備用油監(jiān)測(cè)一直在進(jìn)行，已有這些設(shè)備的多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可用于油液監(jiān)測(cè)預(yù)警分析，為本項(xiàng)目開展奠定了前期基礎(chǔ)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)很多設(shè)備上都裝有在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，日常的點(diǎn)檢工作也有開展振動(dòng)、溫度等檢測(cè)項(xiàng)目，數(shù)據(jù)儲(chǔ)備量很大。

2.2 分析方法

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障往往伴隨著相關(guān)零部件的潤(rùn)滑失效，如油品污染劣化、油中有異常磨損顆粒等。本項(xiàng)目開展實(shí)施的多維度潤(rùn)滑失效分析方法，是以潤(rùn)滑失效分析（潤(rùn)滑失效與磨損失效、油質(zhì)異常、異物和潤(rùn)滑故障都有關(guān)聯(lián)為切入點(diǎn)，結(jié)合振動(dòng)分析、異物分析和失效特征分析等分析手段，對(duì)以設(shè)備潤(rùn)滑失效為表征現(xiàn)象的設(shè)備故障進(jìn)行全方位分析，找出故障根源，協(xié)助專業(yè)分析、處理和解決故障，并制定類似故障的維護(hù)和解決方案。

主要的分析方法及各自特點(diǎn)分別為：①潤(rùn)滑失效分析，以油液分析為主體，側(cè)重從油液理化性能指標(biāo)變化和磨損顆粒的形態(tài)特征判斷零部件失效原因；②振動(dòng)分析，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備而言，絕大多數(shù)故障都與機(jī)械振動(dòng)密切聯(lián)系，可用于對(duì)相關(guān)故障特征的確認(rèn)；③異物分析，包括電鏡能譜分析、XRD（X 射線衍射）分析、紅外分析等，用于確定異物的成分組成；④失效特征分析，包括磨損顆粒形態(tài)、金相分析、硬度分析等，用于確定失效特征，從而與相應(yīng)的故障聯(lián)系起來。

設(shè)備常見的故障類型如圖1 所示。多維度潤(rùn)滑失效分析的設(shè)備故障診斷邏輯如圖2 所示。

圖2 基于多維度潤(rùn)滑失效分析的設(shè)備故障診斷邏輯

2.3 研究對(duì)象

目前，發(fā)電企業(yè)的主機(jī)設(shè)備（汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)）的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷有成熟的檢測(cè)分析方法，機(jī)組型號(hào)相似且參考基數(shù)大，并且有專業(yè)的技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)和部門定期開展故障失效分析。因此，結(jié)合發(fā)電企業(yè)的實(shí)際情況，本項(xiàng)目主要的設(shè)備故障診斷分析對(duì)象，主要側(cè)重于日常油液監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)有異常設(shè)備和運(yùn)行中重要輔機(jī)設(shè)備已發(fā)生的缺陷故障，主要包括油站（潤(rùn)滑油站和液壓油站）、齒輪箱和重要軸承三大類。

研究的設(shè)備清單見表1。

表1 研究對(duì)象

2.4 研究?jī)?nèi)容

（1）對(duì)發(fā)電企業(yè)重要輔機(jī)設(shè)備（液壓或潤(rùn)滑油站類、軸承類和齒輪箱類三類設(shè)備）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生的設(shè)備故障和油液檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的較大問題以案例的方式開展分析、診斷、協(xié)助處理故障和后續(xù)維護(hù)策略的制定。

（2）先開展6 個(gè)設(shè)備案例研究，其中軸承故障診斷分析、齒輪故障診斷分析和油站系統(tǒng)（液壓或潤(rùn)滑系統(tǒng)）各2 例。

（3）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備主要故障發(fā)生點(diǎn)以案例分析的形式，以案例編制這三類轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備維護(hù)方案，編制這三類設(shè)備與潤(rùn)滑失效相關(guān)的故障案例集，故障案例集主要內(nèi)容包括：①軸承、齒輪、油站系統(tǒng)常見潤(rùn)滑失效故障現(xiàn)象或表現(xiàn)形式；②軸承、齒輪、油站系統(tǒng)常見潤(rùn)滑失效故障分析方法；③軸承、齒輪、油站系統(tǒng)預(yù)防潤(rùn)滑失效的維護(hù)策略。單例故障診斷（失效技術(shù)分析）主要模塊、工作內(nèi)容如表2 所示。

表2 單例故障診斷策略

（4）提交的單個(gè)案例設(shè)備故障診斷分析報(bào)告，包括以下內(nèi)容：①故障背景，包括設(shè)備基本信息、故障現(xiàn)象、分析需求；②工作方案，包括樣品情況、初步分析或檢測(cè)方法等；③檢測(cè)結(jié)果和分析，盡可能選用潤(rùn)滑油分析、材料成分分析、電鏡能譜分析、硬度分析、金相組織分析等多種分析手段；④結(jié)論與建議，如分析結(jié)論、故障原因和相關(guān)建議。

3 技術(shù)要點(diǎn)

將油液監(jiān)測(cè)融入到設(shè)備故障預(yù)防體系中，提前發(fā)現(xiàn)還沒有表現(xiàn)出故障特征的設(shè)備。根據(jù)設(shè)備故障特征，應(yīng)用多維度分析方法，綜合客觀數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備故障原因進(jìn)行合理的推斷和分析。針對(duì)不同的設(shè)備類型（軸承、齒輪、液壓）和實(shí)際故障特征，選擇不同的、合理的分析技術(shù)組合，達(dá)到對(duì)設(shè)備故障綜合診斷的目的，協(xié)助解決設(shè)備故障。

4 實(shí)施效果

4.1 技術(shù)性能指標(biāo)

通過對(duì)重要輔機(jī)設(shè)備的定期油液監(jiān)測(cè)和潤(rùn)滑失效分析，平均每年提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患6～8 處，同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目成果優(yōu)化軸承、齒輪、油站這三類設(shè)備維護(hù)策略和制定同類設(shè)備維護(hù)方案，有效降低設(shè)備重復(fù)缺陷的發(fā)生（重復(fù)缺陷由之前的每年33 條下降到目前9 條），實(shí)現(xiàn)了提高設(shè)備可靠性和降低維護(hù)成本的目的。

4.2 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

以電廠開展的油液監(jiān)測(cè)預(yù)防設(shè)備故障為例，在一次監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)某臺(tái)油泵的磨損值偏高，結(jié)合設(shè)備振動(dòng)加速度大、軸承故障因子參數(shù)超標(biāo)以及頻譜分析的結(jié)果，確定該軸承存在異常。后經(jīng)檢修檢查發(fā)現(xiàn)，軸承保持架幾乎全部被磨光，滾動(dòng)體有明顯故障，與預(yù)先診斷的結(jié)論吻合。如果該軸承繼續(xù)運(yùn)行下去，隨時(shí)有可能散架，密封將跟著失效，油泵高溫易燃油漿介質(zhì)隨時(shí)可能出現(xiàn)泄漏著火，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。在該案例中，通過監(jiān)測(cè)和診斷避免的直接設(shè)備損失達(dá)數(shù)百萬(wàn)元，而一旦發(fā)生火災(zāi)造成的損失將無(wú)法估計(jì)。

4.3 推廣價(jià)值

軸承類、齒輪類和油站類故障為輔機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)類機(jī)械的主要故障，對(duì)這三類故障進(jìn)行的多維度診斷分析具有較強(qiáng)的代表性，診斷分析結(jié)果不僅對(duì)故障具有價(jià)值，還對(duì)相同結(jié)構(gòu)的設(shè)備同類型故障分析具有參考價(jià)值，可以形成培訓(xùn)資料在集團(tuán)系統(tǒng)內(nèi)或行業(yè)內(nèi)推廣。

5 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目通過對(duì)主要設(shè)備的油液監(jiān)測(cè)，以油液監(jiān)測(cè)異?；蛟O(shè)備潤(rùn)滑失效故障為切入點(diǎn)，開展重要輔機(jī)及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障根源分析，可以預(yù)防或避免故障的發(fā)生，也可避免相同故障多次重復(fù)發(fā)生，從而達(dá)到提高設(shè)備可靠性和降低維護(hù)成本雙重目的，對(duì)提高設(shè)備的精細(xì)化管理水平和保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，為相關(guān)行業(yè)提供參考。