設備狀態維修的必要性及案例分析

趙明程

（北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

水泥生產是一個由眾多設備組成的大系統，設備的可靠性及運行狀況直接影響整個系統的穩定與安全。隨著水泥企業設備技術的升級，設備的檢修體制也要不斷更新，對設備安全可靠性指標的要求也越來越高。過去的計劃檢修體制存在很大弊端，如臨時性維修頻繁、維修過剩、盲目維修等，使得企業資源浪費巨大。采用狀態維修方式，可節省費用，延長設備使用壽命，提高設備運行的可靠性。

1 企業開展設備狀態維修的必要性

狀態維修CBM（Condition Based Maintenance），又稱預知性維修PDM（Predictive Diagnostic Maintenance）。根據Steed.J.C的定義，是根據設備需要維修前有一個使用壽命的特點，展開的一種預測方法。該方法利用設備或設備某些重要部件的壽命特征，通過數據采集和數據分析預測設備狀態發展趨勢。狀態維修方式以設備當前的實際狀況為依據，使用高科技監測手段，對設備進行縱向（歷史和現狀）、橫向（同類設備的運行狀況）的比較分析，識別故障的早期征兆，并對故障部位、故障嚴重程度及發展趨勢作出判斷，以確定最佳檢修時機。狀態維修方式以設備當前的工作狀況及其所在系統的重要性為依據，而非傳統的以設備使用時間為依據，由于科學地提高了設備的可用率和明確了檢修目標，在不降低可靠性的基礎上，總體上可降低檢修費用，提高企業效益。

某水泥企業從2009 年開始和專業狀態檢測公司合作，成立設備狀態監測部門，專門負責設備狀態檢測和設備故障診斷分析工作，包括設備在線監測、離線監測及油液分析檢測等。該企業開展基于設備狀態檢測和設備故障診斷分析的預知性維修工作的思路是：立足設備健康水平，強化檢修質量，挖掘現有檢測設備和手段的潛力，努力提高檢測分析人員和設備點檢人員的業務水平，添加新進儀器，完善檢測系統、信息管理系統和檢修管理系統，從優化檢修做起，確保設備安全、經濟、可靠地運行。

該企業開展設備狀態檢測和設備故障診斷分析工作以來，效果明顯，設備故障率明顯下降。實踐經驗證明，設備狀態維修并不只涉及維修對象的微觀問題，還涉及到經營、管理、技術等綜合性問題。首先，設備的大小、結構、用材、功能各不相同，出現缺陷的原因和規律也不相同；其次，設備工作時的電、熱、機械、環境各不相同，呈現的損耗規律也不相同；另外，各設備在水泥生產中的地位和影響不同，每個設備部件對設備功能的影響也不相同。同時對所有設備及部件進行狀態監測和故障診斷不僅在技術上有困難，在費用上也難以承受。因此，該企業采取狀態維修和定期維修共同存在的設備維修方式。具體設備的維修方式根據設備的重要程度、結構、材料、運行環境及用什么方式更有效等條件確定。

基于設備狀態檢測和設備故障診斷分析的狀態維修方式，是設備檢修的發展方向。但開展狀態維修工作不是要取代定期檢修方式，而是在定期檢修的基礎上有序擴大狀態維修設備的比例，向優化綜合檢修的方式過渡。

2 立磨減速機故障診斷及維修實例

2.1 設備狀況

某水泥集團集5000 t/d 水泥熟料干法生產線原料磨為MPS5300B 型輥式立磨，配置KPBV170 型減速機。該立磨于2003 年4 月投入運行。2009 年開始由專人負責設備狀態監測，每月2 次使用HY-106 型或HY-108 型檢測儀對設備進行離線數據采集。

2.2 設備基本信息和相關特征頻率

2.2.1 設備主體情況

高速軸輸入轉速994 r/min，高速軸軸承型號：輸入端SKF 32252 X/DF，輸出端FAG 23160 BMB。

2.2.2 特征頻率轉頻16.56 Hz，高速軸軸承相關頻率見表1。

2.3.3 設備測點布置（圖1）

2.3 故障現象

減速機自2013 年第一季度起振動值呈上升趨勢，到2013年12 月9 日，振動值達3.5 mm/s。為此，對該立磨減速機加強監控，增加了數據采集頻次，并取油樣進行分析，同時在現場利用聽診棒對運行聲音進行監測，結果如下：

（1）磨機正常運轉時，減速機輸入軸軸承響聲異常，其余各處軸承聲音正常。

（2）減速機輸入軸各軸承處溫度正常。

（3）2013 年12 月10 日停機打開減速機的2 個檢視門，檢查減速機內部，發現油池中有一些鐵屑，其中有少量顆粒較大的鐵屑。

表1 高速軸軸承特征參數

圖1 設備測點位置

（4）清洗過濾器濾芯后，清洗油的沉淀物中有大量細小金屬粉末。

2.4 原因分析

2.4.1 振動數據分析

通過采集的數據發現，減速機3#測點（輸入軸位置）振動變化最大，其余測點的振動及波譜圖均無明顯變化，因此著重對3#測點振動數據（表2）進行分析。從表2 數據可看出，自2013 年12 月9 日開始振動數據一直上升，說明該輸入軸軸承在不斷惡化中。

2.4.2 波形頻譜分析

趨勢分析（圖2）：譜圖中明顯出現振動異常的頻率項，此異常頻率即為故障特征頻率。

異常頻率分析（圖3）：小方塊位置為異常頻率峰值最大處（395 Hz），其周圍小幅值頻率為395 Hz 的邊頻，間隔16.25 Hz（轉頻）。

異常波形分析（圖4）：從圖4 可看出波形為拍頻周期信號，為內圈故障顯示的信號，如果外圈出現故障，因外圈不隨軸一起轉動，所受的沖擊力一致，其波形顯示的沖擊幅值一致。

2.4.3 結論

結合在減速機潤滑油中發現許多金屬粉末，可以斷定，減速機輸入軸軸承內圈存在較嚴重的缺陷，且故障缺陷在不斷惡化，應立即停機更換。

表2 減速機3#測點振動數據

圖2 3#測點垂直方向速度值趨勢

圖3 3#測點垂直方向速度值頻譜

圖4 3#測點加速度波形譜

2.5 減速機維修及維修后運行情況

2013 年12 月26 日，對減速機進行檢修，拆開減速機輸入軸，從拆解下來的軸承可見：靠向齒輪方向軸承有跑內圈現象，軸承內圈發生嚴重磨損、點蝕和剝落，滾動體也存在點蝕，軸承安裝位已磨損無法使用（圖5）。對減速機輸入軸磨損軸承安裝位進行噴涂修復及更換軸承之后開機，磨機空載時減速機振動值0.4 mm/s，滿載時振動值0.6 mm/s，運行狀況良好。

圖5 軸承內圈及滾動體磨損情況

3 結束語

基于設備狀態監測與故障診斷分析的狀態維修方式是設備檢修的發展方向，但開展狀態維修工作不是要取代定期檢修方式，而是在定期檢修的基礎上有序擴大狀態維修設備的比例，向優化綜合檢修的方式過渡。水泥廠積極開展設基于備狀態監測與故障診斷分析的狀態維修方式，由事后維修逐漸過渡為預防性維修乃至預知維修，不僅提高設備管理水平，更能為企業帶來巨大的經濟效益。