设备状态监测与故障诊断技术在制造类企业中的应用案例
2021-06-02翁振斌
文 翁振斌
概述
福建永智印刷机械设备有限公司是一家专业生产移印机、丝印机及其他印后加工设备的企业,目前在大型印刷设备制造类企业中,设备的状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握电动机在使用过程中的状态,确定其整体或局部正常或异常,早期发现故障及其原因,并能预报故障发展趋势的技术。通俗地讲,这是一种给电机设备“看病”的技术。而现场电机设备的一个征兆往往对应好几个故障,同理,一个故障也对应好几种征兆;就目前对电机设备来说,故障诊断技术主要是通过软件支持下的测振仪进行振动监测和分析。但是现场跟实验的环境有很多的区别,这就要求企业的技术人员不仅要重视对测振仪波形-频谱图和参数的分析,同时要加强对设备结构、性能和环境因素等的了解,这些都是为故障诊断进行一个结论的相互补充和验证的过程。不管对电机的状态监测也好,故障诊断也罢,最终的目的是要解决问题,找到问题的本质,才能对症下药。这样会对企业从电机的事后维修和计划维修向预防维修和状态维修的转变提供一个很好技术支撑平台,加快了电机设备管理和维修技术的发展。
设备状况
福建永智印刷机械设备有限公司按原先的检修计划,于2020年12月份开始对生产车间的高压电动机C352A进行了一个全面的监测,在这之前,此台电机检修了3次且检修周期越来越短,如下表2-1所示。本次监测工作按照《中国石油化工总公司石油化工旋转机械振动标准》(SHS 01003-2004)的要求进行。通过2018.02.23~2018.03.10监测数据和故障诊断发现:电机检修周期缩短的主要故障源是:基座强度不够导致的,详见下面内容。
电机详细参数
生产车间的高压电动机C352A具体铭牌参数如下表2-2所示。
电机基组结构简图及现场测点分布图
高压电动机C352A机组结构简图如图2-3所示。
电机机组测量点分布情况图如图2-4所示。
状态监测
2020年12月18日开始对高压电动机C352A进行监测,直到2021年1月5日,本次监测按照《中华人民共和国旋转机械振动标准》的要求进行,各测点的振动烈度值均在允许范围内,位于B区,具体数据如下表3-1所示(2020年12月18日测的数据)。根据监测的数据分析,基座安装不符合要求。我们首先从各部位振动增加幅度这个方面来分析:从2020年12月18日~2021年1月5日的监测振动数据,发现电机基座振动增加幅度最大(最大数据变化:0.5~1.2mm/s);其次是电机地脚的振动增加幅度(最大数据变化:1.5~2.0mm/s);最后是电机的振动增加幅度(最大数据变化:2.6~2.8mm/s)。
表2-1 高压电动机C352A检修周期统计表
表2-2 C352A电动机铭牌参数表
图2-4 高压电动机C352A机组测量点分布情况图
表3-1 各测量点振动值列表(振动烈度值单位:mm/s )
对刚性安装轴中心高超过400mm的电动机,安装的时候应当进行刚性安装。安装之后在电动机地脚上或座式轴承相邻的基座地脚上测得的振动速度有效值,应不超过相邻轴承同方向上测得值的50%,否则认定安装不符合工艺要求。而此次对高压电动机C352A进行监测的数据显示,在电机地脚上测得振动有效值超过了相邻轴承同方向上测得值的50%。
故障诊断
通过对波形-频谱图分析,波形图反应的主要故障是转子不平衡,同时转子对中有偏差,如图4-1所示:
图4-1 波形图
图4-2 频谱图
而根据频谱图分析,主要频率是1倍频(2977/60=49.6Hz,工频),2倍频占了很少的一部分,如图4-2所示,说明存在3种情况:一是转子不平衡;二是基座强度不够;三是轴承间隙大、配合不好。
根据2019年6月23日的检修数据,电机轴径位置的跳动值是0.005mm,泵和电机的同心度分别为径向0.08mm,轴向0.06mm,由此可以排除转子不对中、不平衡这种情况。而根据监测数据前后值相差不大和电机轴承装配过程都符合标准,可以排除轴承间隙大、配合不好这种情况。
通过观看波形-频谱图,确定其故障最有可能是转子不对中、不平衡这种情况,但是通过对比电机、地脚和基座的波形--频谱图,发现图形都是一样的,如果是转子不对中、不平衡,其轴承座和基座波形-频谱图都是不一样的,所以测试结果跟转子不对中、不平衡的故障现象对应不上,更像是基座的振动传递给电机的。再查看电机轴承这段时间运行的频谱图,发现电机主要故障和幅值基本没有变化,排除渐变不平衡的可能,同时测振仪统计的参数只有波形和波峰因数变化不大以及高频范围内波形-频谱图基本没有变化,说明轴承运行是正常的,进一步排除轴承间隙大、配合不好和转子不对中、不平衡这2种情况。根据电机基座和地脚的频谱图上其幅值在不断增大,可以确定故障源来自基座,说明故障原因是电机安装时基座强度不够。
通过上述的设备状态监测和故障诊断,证实造成高压电动机C352A检修周期缩短的主要原因是电机在安装施工时基座强度不够,建议立即重新对电机的基座进行灌浆处理。
现场处理结果
2021年1月,福建永智印刷机械设备有限公司利用检修时间,对高压电动机C352A的基座进行拆除,发现电机端水泥与基座之间没有接触好,有些地方是空的,随即重新对整个基座进行二次灌浆,开机运行后各个数据都有很明显的下降且都在B区范围内,具体数据如下表5-1所示;同时经过1个月的监测运行,发现其振动数据也没有增长的趋势,且声音和温度都是正常的。
表5-1 各测量点振动值列表(振动烈度值单位:mm/s )
总结
通过对大型印刷设备制造类企业中的电动机设备进行状态监测并应用故障诊断技术,可以帮助车间管理人员和维修人员明确电机发生故障的真实原因,有效的延长了设备的运行周期,为设备平稳运行夯实了基础。同时这种防患于未然的处理技术使得设备故障从事后维修变为预防维修,大大节省了维修时间和维修成本,为企业精细化生产管理提供了技术支撑。