油液監(jiān)測(cè)與設(shè)備診斷技術(shù)及在煤礦的應(yīng)用

油液監(jiān)測(cè)與設(shè)備診斷技術(shù)及在煤礦的應(yīng)用
摘要:簡(jiǎn)單介紹了設(shè)備故障及其診斷技術(shù),分析了油液監(jiān)測(cè)與設(shè)備故障診斷的關(guān)系,探討了油液監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)在煤礦的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:油液監(jiān)測(cè);設(shè)備故障診斷;設(shè)備管理

隨著機(jī)械設(shè)備日益向重載、高速、大型、自動(dòng)化、多功能化與使用高效率化方向發(fā)展,設(shè)備的維修成本和停機(jī)損失急劇增加,因此對(duì)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求日益苛刻,這使眾多企業(yè)提出了以預(yù)防為主、依靠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)提高設(shè)備運(yùn)行安全性和可靠性的新措施。
1設(shè)備故障及其診斷技術(shù)概論
1.1傳統(tǒng)的設(shè)備故障診斷技術(shù)簡(jiǎn)介
傳統(tǒng)的設(shè)備診斷技術(shù)立足于已發(fā)生故障的設(shè)備的診斷,通過(guò)分析設(shè)備的振動(dòng)、溫升及潤(rùn)滑油性質(zhì)等來(lái)尋找導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備故障的原因。實(shí)際情況是,當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)、溫升或異常磨損時(shí),必然伴隨局部故障,盡管此時(shí)還沒有引起機(jī)械設(shè)備停車,但若操作者不采取任何措施,將不可避免引發(fā)事故。
1.2設(shè)備發(fā)生故障的原因及故障分類
(1)機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生的原因十分復(fù)雜,一般認(rèn)為機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的主要原因包括設(shè)備因素,如:機(jī)械的設(shè)計(jì)缺陷、零部件的質(zhì)量缺陷或潤(rùn)滑油的質(zhì)量問(wèn)題等,還有人為因素,如違規(guī)操作等。
(2)機(jī)械設(shè)備故障大致可分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障兩類。系統(tǒng)故障指設(shè)備或某些部件在運(yùn)行中不斷老化,直到出現(xiàn)故障;隨機(jī)故障多為突發(fā)性故障,無(wú)明顯征兆,很難預(yù)測(cè)。具體故障類型可歸納如下:設(shè)備老化、環(huán)境條件惡化、操作失誤。
1.3從機(jī)械角度分析診斷設(shè)備的故障
從機(jī)械角度分析診斷事故發(fā)生概率及原因時(shí),主要可通過(guò)觀察機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù),如轉(zhuǎn)速、各部分溫度、輸入輸出電流和電壓等來(lái)判斷參數(shù)是否超出正常使用范圍,如果通過(guò)調(diào)節(jié)不能使參數(shù)恢復(fù)正常,則預(yù)示機(jī)械系統(tǒng)可能出現(xiàn)了故障。此外平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械若突然產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲,則顯示機(jī)械系統(tǒng)已發(fā)生局部故障,從機(jī)械角度觀察和排除設(shè)備隱患具有直觀性,易于實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出,機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的變化往往源于機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部矛盾,由于響應(yīng)滯后,根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的變化并不一定能夠及時(shí)判斷機(jī)械設(shè)備的故障,而很多機(jī)械故障具有潛伏期,當(dāng)出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)和溫度異常時(shí),故障早已發(fā)生。為此,有必要對(duì)一些重要設(shè)備安裝傳感器實(shí)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況在線監(jiān)測(cè),以便避免重大事故的發(fā)生。
1.4機(jī)械設(shè)備故障維修
針對(duì)設(shè)備的不同故障形式,可以采用不同的方法進(jìn)行設(shè)備維修。主要的維修方式包括定期維修、后維修、預(yù)知維修。定期維修即預(yù)防維修,要求在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)到規(guī)定的時(shí)間后,不論設(shè)備狀況如何,均進(jìn)行規(guī)定內(nèi)容的檢修和修理,以便消除設(shè)備隱患。該方法在煤礦綜采設(shè)備修理應(yīng)用極為普遍,它要求定期維修和更換,成本較高。后維修是在故障發(fā)生后進(jìn)行的維修,當(dāng)因未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置局部故障而引發(fā)一系列故障時(shí),則必須進(jìn)行后維修,其成本較高且影響正常生產(chǎn)。預(yù)知維修立足于運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的狀況監(jiān)測(cè),在預(yù)知某部位可能發(fā)生故障時(shí),通過(guò)及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的維修而消除故障隱患,故預(yù)知維修是最理想的維修方法。

2油液監(jiān)測(cè)與設(shè)備故障診斷技術(shù)
幾乎所有機(jī)械設(shè)備都離不開潤(rùn)滑,而設(shè)備故障與潤(rùn)滑失效密切相關(guān),雖然潤(rùn)滑油可能僅占設(shè)備全部運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的0.5%～1.5%,但40%以上的機(jī)械設(shè)備故障是因?yàn)闈?rùn)滑油使用不當(dāng)或潤(rùn)滑油質(zhì)量不合格。所以必須大力推廣應(yīng)用高性能潤(rùn)滑油,以延長(zhǎng)設(shè)備換油期,減少設(shè)備故障,節(jié)省維修費(fèi)用,提高設(shè)備使用壽命?？梢詫⒃从跐?rùn)滑油的設(shè)備故障歸于兩個(gè)方面:即潤(rùn)滑油本身的質(zhì)量問(wèn)題和潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中性能指標(biāo)變化。必須定期監(jiān)測(cè)設(shè)備用油的理化指標(biāo)和潤(rùn)滑油的摩擦學(xué)性能,以便及時(shí)采取預(yù)防措施,避免不必要的損失。
通過(guò)分析潤(rùn)滑油性能參數(shù)的變化可以間接了解機(jī)械主要部位的工作狀態(tài),及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作情況。就油液監(jiān)測(cè)與診斷,其主要內(nèi)容包括潤(rùn)滑油物理化學(xué)性能指標(biāo)變化、潤(rùn)滑油運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)如油壓的變化、潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能的變化。首先,油液監(jiān)測(cè)是摩擦學(xué)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程,監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括油品自身劣化、油品污染、金屬磨損顆粒和摩擦學(xué)等4個(gè)方面。監(jiān)測(cè)手段主要包括油品紅外光譜分析、顆粒計(jì)數(shù)、油品性能指標(biāo)和摩擦學(xué)性能測(cè)試分析等。由于大量機(jī)械設(shè)備的故障起因于潤(rùn)滑不良,因此通過(guò)對(duì)油品自身劣化和污染進(jìn)行監(jiān)測(cè),有利于及時(shí)消除設(shè)備的故障隱患,延長(zhǎng)設(shè)備的大修周期。其次,早期油液監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)診斷設(shè)備的磨損故障為目的,其技術(shù)方法以鐵譜技術(shù)為代表,但鐵譜技術(shù)往往用于發(fā)生事故后的油液診斷。目前油液分析技術(shù)已從早期的油樣分析和磨屑逐步過(guò)渡到現(xiàn)代在線油液監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)代在線油液監(jiān)測(cè)技術(shù)將潤(rùn)滑油和機(jī)械備視作統(tǒng)一的整體,強(qiáng)調(diào)從摩擦學(xué)角度出發(fā)考察潤(rùn)滑失效和設(shè)備故障。而通過(guò)分析潤(rùn)滑油的理化指標(biāo)和摩擦學(xué)性能指標(biāo)可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)備發(fā)生磨損故障的發(fā)展趨勢(shì)。
從油液監(jiān)測(cè)出發(fā)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備故障診斷,能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)故障的原因及部位,更全面地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,并能利用早期預(yù)報(bào)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備的故障隱患,減少損失。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,油液監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為摩擦學(xué)監(jiān)測(cè)和故障診斷的重要技術(shù)方法。目前,國(guó)內(nèi)在油液監(jiān)測(cè)方面仍存在認(rèn)識(shí)及實(shí)踐的誤區(qū),如將油液監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)單地等同于油品質(zhì)量常規(guī)檢測(cè)、用鐵譜或光譜,鐵譜聯(lián)用等單一的手段取代油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、忽略常規(guī)監(jiān)測(cè)和油質(zhì)分析,僅對(duì)用油量大的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。實(shí)際上油液監(jiān)測(cè)技術(shù)是一門涉及摩擦學(xué)和其他多學(xué)科交叉的綜合應(yīng)用技術(shù),作為涵蓋設(shè)備當(dāng)前潤(rùn)滑與磨損狀態(tài)的完整監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其核心在于根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特征與監(jiān)測(cè)目標(biāo),恰當(dāng)?shù)剡x用不同的監(jiān)測(cè)方法,以最經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到最佳的監(jiān)測(cè)效果。油液監(jiān)測(cè)十分強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的積累,這有助于提高診斷的準(zhǔn)確性。
目前,最先進(jìn)的工業(yè)摩擦磨損診斷方法以潤(rùn)滑油診斷為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行分析,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)備維修和保養(yǎng)。由于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中磨損表面磨屑進(jìn)入潤(rùn)滑油中,因此通過(guò)分析潤(rùn)滑油的性質(zhì)可以判斷機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在某些場(chǎng)合,異常振動(dòng)是設(shè)備故障的先兆,而對(duì)磨屑進(jìn)行分析可以獲取機(jī)械內(nèi)部的相關(guān)信息。將潤(rùn)滑油物理化學(xué)測(cè)試與潤(rùn)滑油中的磨屑分析相結(jié)合,有助于進(jìn)行機(jī)械診斷和預(yù)防綜合分析。而磨屑監(jiān)測(cè)利用分析磨屑形貌和組成來(lái)判斷系統(tǒng)是否鄰近或達(dá)到故障狀態(tài)。常用的磨屑檢測(cè)方法主要包括原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、X射線熒光光譜法、鐵粉記錄法以及電磁鐵和磁屑檢測(cè)方法。應(yīng)當(dāng)注意的是磨屑作為事后診斷僅能在一定程度上起故障診斷作用。以蝸輪蝸桿箱潤(rùn)滑油下的蝸輪磨損監(jiān)測(cè)為例,磨屑分析結(jié)果表明潤(rùn)滑油的機(jī)械雜質(zhì)含量高達(dá)5%,光譜分析結(jié)果潤(rùn)滑油中鐵、銅、硅嚴(yán)重超標(biāo),鐵譜監(jiān)測(cè)顯示結(jié)果異常,拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)蝸輪磨損嚴(yán)重。而實(shí)際上,僅從油中雜質(zhì)含量超標(biāo)或光譜分析中的鐵等金屬元素濃度異常即可判斷拆機(jī)檢查。幾種常用的工業(yè)摩擦磨損自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備如下:自動(dòng)黏度測(cè)量計(jì),如振蕩黏度測(cè)量?jī)x;Houillon黏度計(jì)等樣品吸入毛細(xì)管后,可自動(dòng)進(jìn)行清洗、采集、記錄并完成報(bào)告,測(cè)量過(guò)程僅需5min,并可在40℃～100℃范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫測(cè)量。傅立葉紅外光譜儀,根據(jù)新油與舊油的紅外光譜差異可以確定舊油的化學(xué)變化,并確定各種污染物成分,可用于檢測(cè)水、積炭、化學(xué)組成以及由氧化引起的潤(rùn)滑油變質(zhì)。發(fā)射光譜儀主要用于測(cè)量金屬磨損、污染元素和添加劑,可以同時(shí)測(cè)定磷、硼、鋅、鎂、鐵等20多種元素,為及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)定潤(rùn)滑油質(zhì)量、判斷潤(rùn)滑油使用性能提供依據(jù)。

3油液監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)在煤礦的應(yīng)用
作為煤礦企業(yè)機(jī),械設(shè)備使用條件惡劣,機(jī)械設(shè)備損壞嚴(yán)重,影響到正常生產(chǎn)與安全,有必要建立完善的監(jiān)測(cè)體系以提高設(shè)備完好率,減少不必要的投入。特別有時(shí)監(jiān)測(cè)不到位,小事故釀成大事故,損失巨大。煤礦企業(yè)建立油液監(jiān)測(cè)體系應(yīng)做好以下3項(xiàng)工作:
(1)配備品質(zhì)精良、功能齊全的各類油品檢查儀器設(shè)備,具備檢測(cè)項(xiàng)目多、數(shù)量大、速度快等特點(diǎn),為快速判斷故障提供準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù)。硬件設(shè)施除需配備發(fā)射光譜、紅外光譜、鐵譜、顆粒計(jì)數(shù)等磨損污染顆粒監(jiān)測(cè)儀器外,還需配備黏度、閃點(diǎn)、水分、總酸值、總堿值、傾點(diǎn)、泡沫、不溶物、機(jī)械雜質(zhì)等10種常規(guī)油品檢測(cè)手段。軟件方面:第一,建立實(shí)驗(yàn)室及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)局域網(wǎng),將主要設(shè)備如采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、主通風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及油品檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)電科及礦主要領(lǐng)導(dǎo),以便相應(yīng)采取措施;第二,建立功能齊全的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和報(bào)告生成系統(tǒng),生成各種格式的油液監(jiān)測(cè)報(bào)告;第三,建立基于專家知識(shí)的計(jì)算機(jī)智能診斷系統(tǒng),提高判斷問(wèn)題的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。
(2)應(yīng)當(dāng)具有符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求,保證測(cè)試結(jié)果足夠準(zhǔn)確的檢測(cè)能力,考慮到經(jīng)濟(jì)性,以最少的檢測(cè)項(xiàng)目達(dá)到最佳監(jiān)測(cè)效果;對(duì)于具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及ISO和ASTM等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法,應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測(cè),以保證監(jiān)測(cè)診斷結(jié)論的合理性及公正性
(3)應(yīng)當(dāng)建立具有豐富經(jīng)驗(yàn)積累的高素質(zhì)、高水平的專家型油品監(jiān)測(cè)技術(shù)隊(duì)伍。通過(guò)與高等院校和科研院所合作,培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ),同時(shí)具有在油液監(jiān)測(cè)和診斷實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)人員,并在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中不斷發(fā)揮專業(yè)人員的技術(shù)價(jià)值。