王 超,周俊麗
(國家能源神東質(zhì)量技術(shù)檢測檢驗(yàn)中心,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)
目前礦用設(shè)備管理多采用傳統(tǒng)的日常點(diǎn)巡檢和事后維修相結(jié)合的方式,該方式存在重要機(jī)械部件缺乏有效監(jiān)測手段,無法準(zhǔn)確掌握重點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),設(shè)備日常維護(hù)缺少數(shù)據(jù)支撐,存在維護(hù)盲點(diǎn);設(shè)備點(diǎn)檢可能不及時(shí);設(shè)備點(diǎn)檢工作繁重,需要較大的人力資源成本投入,且巡檢難度大;日常設(shè)備點(diǎn)巡檢對(duì)點(diǎn)檢人員存在安全風(fēng)險(xiǎn);設(shè)備檢修后缺少客觀數(shù)據(jù)對(duì)檢修狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估等問題?;诖罱ǖ牡V井下旋轉(zhuǎn)類機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)井下設(shè)備的振動(dòng)和溫度狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)多起設(shè)備潛在的機(jī)械故障,并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)跟蹤的情況合理的制定設(shè)備運(yùn)行維護(hù)措施,成功的避免多設(shè)備的非計(jì)劃停機(jī),為企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。
油液是能動(dòng)設(shè)備的血液,感知磨損這一逐漸發(fā)展過程所攜帶的信息,井下旋轉(zhuǎn)類設(shè)備在使用過程中,會(huì)發(fā)生因其潤滑系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)部件磨損引起的故障。這些故障會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備在正常壽命期的使用。對(duì)滑油進(jìn)行采樣分析,根據(jù)滑油中攜帶的磨粒信息,判明磨損狀態(tài),確定是否換油和維修,及時(shí)采取措施是當(dāng)前進(jìn)下設(shè)備維護(hù)所急需的技術(shù)之一。
通過對(duì)采煤機(jī)在運(yùn)行過程中對(duì)滑油蘊(yùn)含的多信息進(jìn)行在線獲取,并結(jié)合工況因素及拆檢信息進(jìn)行故障特征的識(shí)別,實(shí)現(xiàn)磨損故障異常預(yù)測方法,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的潤滑狀態(tài)及磨損故障進(jìn)行診斷和預(yù)測。
采用在線磨粒監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)磨粒信息進(jìn)行獲取,原理(圖1),通過一種安裝于減速箱滑油(圖2)系統(tǒng)管路的油液監(jiān)測系統(tǒng)(圖3),能在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)對(duì)滑油中攜帶的磨粒信息,通過數(shù)據(jù)的趨勢(shì)變化來對(duì)油液的變化過程做出記錄和分析。
圖1 在線磨粒監(jiān)測系統(tǒng)原理
圖2 應(yīng)用對(duì)象
圖3 滑油監(jiān)測箱體
系統(tǒng)主要包括:取樣部分、信號(hào)采集控制部分、數(shù)據(jù)傳輸和管理部分;取樣部分將采集器的信號(hào)采集,通過電纜輸入信號(hào)采集控制部分進(jìn)行信號(hào)處理傳輸,數(shù)據(jù)傳輸和管理部分通過下位機(jī)和上位機(jī)之間的通信及上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。
(1)采集頻率1~10 min/條、取樣量50~100 ml/環(huán)節(jié)、系統(tǒng)壓力<0.5 MPa,功率<500 W、流速50~1000 mL/min。
(2)數(shù)字圖像壓縮存儲(chǔ)比。
(3)油液磨粒濃度監(jiān)測范圍:>5 PPM。
(4)磨粒分辨率:5 μm。
(5)磨粒圖像采樣幀率:30 f/s。
(6)數(shù)字圖像存儲(chǔ)容量:>1000 幅。
(7)小磨粒有效尺寸5~100 μm,大磨粒尺寸100~500 μm。
(8)信號(hào)類型:數(shù)字格式磨粒圖像(圖5)。
圖4 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖5 監(jiān)測輸出譜片
采用2018年9月18日到2018年12月7日進(jìn)行周期性數(shù)據(jù)獲取,主要參數(shù)包括IPCA 值、磨粒圖像、表征信息提取等相關(guān)數(shù)據(jù)共計(jì)18 275 條,由于周期內(nèi)設(shè)備工作工況相對(duì)穩(wěn)定,因此清洗后數(shù)據(jù)按照同一工況進(jìn)行趨勢(shì)分析及特征提取。周期內(nèi)IPCA 曲線如圖6、圖7 所示,正常磨損圖片如圖8 所示,異常磨損圖片如圖9 所示,異常磨損磨粒圖片如圖10 所示,突破告警值時(shí)間段見表1。
圖6 周期內(nèi)IPCA 值變化
圖7 周期內(nèi)IPCA 值異常變化
圖8 正常磨損圖片數(shù)據(jù)
圖9 異常磨損圖片數(shù)據(jù)
圖10 異常磨損磨粒圖片數(shù)據(jù)
表1 突破告警值時(shí)間段
磨粒濃度發(fā)生異常3 h 后,以10月9日數(shù)據(jù)為例進(jìn)行比對(duì),電機(jī)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)開始響應(yīng)反饋。設(shè)備高速軸輸入端高頻測點(diǎn)振動(dòng)有效值約為15 m/s2(圖11);隨著設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的持續(xù)劣化,到10月9日16:30 左右磨粒濃度IPCA 值突破1.8 %,磨粒直徑部分超過250 μm(前期50 μm 以內(nèi))同時(shí)高速軸輸入端高頻測點(diǎn)振動(dòng)有效值約為110 m/s2,相較上線時(shí)的振動(dòng)上升了約735 %;10月10日后設(shè)備振動(dòng)劣化趨勢(shì)開始加劇,建議現(xiàn)場可以準(zhǔn)備備品備件,待設(shè)備振動(dòng)趨勢(shì)出現(xiàn)急劇劣化時(shí)停機(jī)檢修;到設(shè)備常規(guī)停機(jī)前,高速軸輸入端高頻測點(diǎn)振動(dòng)有效值約為171.4 m/s2(圖11),相較10月9日的振動(dòng)上升了約1100%;停機(jī)后對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆解檢修。
通過在線監(jiān)測的磨粒特征變化、監(jiān)測對(duì)象振動(dòng)值變化、監(jiān)測對(duì)象拆解照片進(jìn)行對(duì)比映射,磨粒濃度值及單磨粒直徑異常變化時(shí)振動(dòng)值也會(huì)隨之響應(yīng),拆解后磨損剝落現(xiàn)象也能夠看出運(yùn)行過程中磨損的狀態(tài)變化。其研究結(jié)果能夠驗(yàn)證油液監(jiān)測預(yù)警結(jié)果與運(yùn)行工況特性變化的一致性。另外拆解后的軸承表面及滾道異常磨損也是和上述結(jié)果相吻合的(圖12)。
圖11 振動(dòng)監(jiān)測變化趨勢(shì)
圖12 拆解后異常磨損照片
針對(duì)神東煤炭集團(tuán)公司井下旋轉(zhuǎn)設(shè)備的磨損狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及分析,實(shí)現(xiàn)設(shè)備磨損故障的提前發(fā)現(xiàn)及預(yù)警,主要結(jié)論如下:
(1)針對(duì)神東煤礦設(shè)備的實(shí)際工況,結(jié)合油液監(jiān)測的特點(diǎn),提出應(yīng)用于設(shè)備異常磨損識(shí)別的監(jiān)測裝置。
(2)針對(duì)神東煤炭集團(tuán)公司的生產(chǎn)實(shí)際和設(shè)備特點(diǎn),構(gòu)建基于磨粒濃度監(jiān)測的異常磨損識(shí)別方法。
(3)運(yùn)用關(guān)聯(lián)性研究方法驗(yàn)證基于滑油監(jiān)測信息提取的煤礦井下減速機(jī)軸承磨損故障預(yù)警方法的可行性,實(shí)現(xiàn)基于滑油磨粒信息提取的設(shè)備異常磨損識(shí)別,提高油液分析結(jié)果判斷準(zhǔn)確性和全面性,同時(shí)節(jié)約分析成本。
(4)通過重點(diǎn)煤礦設(shè)備關(guān)鍵部件磨損監(jiān)測分析案例,為基于油液分析技術(shù)的大型煤礦設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供參考。