狀態監測在電動機維護中的應用
2016-08-29石生福
（蘭州石化設備維修公司，甘肅蘭州 730060）
摘 要：電動機是煉油化工裝置中Z主要的原動力和驅動設備，針對電動機在運行過程中出現的各種故障，介紹了目前狀態監測的發展概況，通過簡述狀態監測在電動機維護中的實際應用經驗，以及取得的顯著效果，說明電動機狀態監測在電動機維護中所起的重要作用。
關鍵詞：電動機；狀態監測；預知維修
1 引言
煉油化工工業中，大量使用各類電動機，其運行好壞直接影響裝置的生產。如能減少電動機故障，將電動機運行時間延長就等于在不進行設備投資的情況下提高了生產能力，因此提高各類電動機運行的可靠性對實現裝置的連續生產不可缺少。某公司維護電動機8000多臺，每年處理的各類故障800多臺次，每年都有數次重要電動機在運行時突然出現故障而導致生產波動，給企業造成了巨大的經濟損失。
電動機的故障診斷和維護與電機本身一樣由來已久。對于電動機故障的診斷，在實際工作中，不能排除依靠工人的經驗，如手摸、耳聽等經驗診斷方法，但這種經驗診斷法屬于個人主觀性的判斷，電動機的故障現象比較復雜，要求維修人員具有較高技術水平與經驗，才能發現和判斷。用經驗診斷法去診斷電動機故障的診斷方法有待完善。在實際工作中，企業為避免電動機在運行中發生故障，往往規定維護人員每月完成電動機檢修臺數指標（計劃檢修），這樣難免出現過修現象，增加了設備成本和人工成本。
2 狀態監測概述
狀態監測能實現設備在帶負載運行、不停機的情況下，通過使用先進的技術手段對設備狀態參數監測和分析，判斷設備是否存在異常或故障，故障的部位和原因以及故障的劣化趨勢，以確定合理的檢修時間和方案[1]。這門技術已在一些產業部門和技術領域得到迅速發展并取得了很大成效，促進了設備維修體制的一次變革，使設備維修體制由傳統的事后維修和預防維修方式，逐步變為預知維修（或狀態維修）。由此減少了事故停機損失，提高了設備運行的可靠性，降低了維修費用。
設備維修體制經歷了事后維修、以時間為基準的維修（計劃檢修）和以運行狀態為基準的維修（狀態維修）三個階段。計劃檢修由于是無條件定期維修，因而存在過度維修的問題，會造成不必要的浪費。而狀態維修是通過診斷設備狀態，根據診斷結果實施設備維修，是Z佳維修方法。狀態維修能有效實施的前提條件就是對設備狀態的診斷結果要準確可靠。當前進行狀態監測的手段，比較普遍的方法是電動機振動分析。振動分析是通過對振動信號的處理來判斷電動機運行情況（主要是軸承的磨損狀態），它能較準確地診斷出故障的類型和部位，以及初期故障的發展趨勢，為檢修計劃的制訂提供了可靠的依據。
3 狀態監測的基礎工作
自2005年開始某公司使用卡式便攜式振動分析儀進行電動機狀態監測工作。監測工作經歷了制定監測標準、員工培訓、現場設備基礎數據的收集、數據庫的建立、設備狀態監測故障判斷等幾個階段，逐步完善了電動機狀態監測所需的人員、監測電動機的優選、數據積累和監測制度等一系列工作。
3.1制定監測標準
長期電動機維護發現，電動機主要故障是軸承故障（占總故障的50%以上），因此，監測的重點就是電動機的軸承運行情況。據此制訂相應標準：①設置固定測點。測量點要盡可能選擇在軸承的負載區，測量點要選擇沖擊波能夠直線傳播到達的位置，避開零件和零件之間的邊界面或有空腔的部位；保證傳感器探頭與測點有良好的接觸、傳感器探頭的球面半徑要小于測點所在設備的曲率半徑，測點一旦選定應做上標記；②進行趨勢分析。在實際監測中發現，電動機軸承的運轉狀態在其使用過程中有一定的規律性，并且重復性非常好。依據設備歷史數據繪制出設備狀態變化曲線，真實準確反映滾動軸承振動狀態，在軸承分貝（dB）值和滾動軸承Def特征值失效的情況下，進行趨勢分析是我們一種非常好的方法；③軸承狀態監測一定要專人負責，嚴格定時測量、正確測量、真實記錄。必須按照“五定”制度定人、定路徑、定時、定設備、定測點巡檢，每天須按照巡檢路線圖，按照規定的監測時間對裝置重要電動機定測點監測，不得漏測或延期，人員要能互補，確保監測工作不停頓。
3.2員工培訓
狀態監測人員必須了解和掌握電動機的工作原理、結構特點、故障維修內容、維修歷史；了解和掌握設備診斷技術、狀態監測設備的性能、使用及配套軟件使用等；監測數據的分析方法，典型案例數據等。根據需要，對人員進行了培訓。
3.3監測對象的選擇
監測對象優選要有一定的指導原則，相關技術人員根據所使用的監測儀器的技術性能，依據現場情況選擇大功率、故障率較高、裝置中比較關鍵和沒有備機的電動機作為監測對象。目前，監測共計400多臺重要電動機。
3.4基礎數據庫的建立
監測對象確定好之后的一項必不可少的工作就是設備運行基礎數據的收集、積累，這是因為不同型號的電動機在不同的環境中運行狀態不一樣。我們將電動機參數與初次運行的監測數據（包括檢修后的初次運行）一并輸入到數據庫，為將來數據分析、故障判斷提供比較依據。
4 狀態監測在電動機維護中的典型應用
通過故障頻次分析，發現電動機故障主要集中在軸承缺油、軸承損壞及軸承跑套等故障。經過幾年的監測工作，逐步整理、總結出了電動機發生以上典型故障時的數據特征。
目前某公司所使用的是日本IMV公司生產的VM-2004Neo卡式便攜式測振儀，它體積小，重量輕，以電動機振動為數據，進行頻譜分析、時域波形分析，Z重要的是可以利用包絡加速度（E3值）判斷軸承故障。加速度包絡是一種專門針對軸承故障所產生的高頻沖擊信號進行處理的技術，它對軸承的早期磨損及故障敏感。通過對特定電動機連續時間內E3值的趨勢分析，我們就可以很容易的看出看出資HI軸承磨損情況，Z終決定檢修時間。
表1為2009～2010年監測出的電動機故障，根據故障及時安排了檢修，避免了重大故障的發生。兩年內未發生電動機抱軸故障。
4.1軸承缺油案例
軸承缺油時，發熱可能不明顯，但都會有摩擦噪聲，振動頻率會在高頻段有反映，尤其是加速度。可能會出現一些帶有諧頻的峰值，也可能沒有，一般特征是整個背景能量抬高（見圖1）。但加油之后會明顯下降或消失（見圖2），若這些峰值下降不明顯可能就已經不是單純的缺油問題了。另外可能有的軸承本身保持架比較松，稍一缺油就會發生這種現象，但如果任其發展則會進一步發生滾珠或滾道損傷。
4.2軸承故障案例
某加氫裝置重要電動機監測包絡加速度E3值（見圖3）在2009年底到2011年初兩年的時間里出現了兩次在100以上的值，檢修該電動機均發現前端軸承損壞（見圖4）。由此可以說明此電動機的檢修臨界E3值即在100左右。
4.3跑套故障案例
某電動機軸伸端振動頻譜圖（見圖5）頻譜中出現了一倍頻及其諧波，同時出現了非整數倍頻，據分析是軸承外圈故障頻率及轉速邊帶，因此，可判斷為軸承外圈與軸承室有相對轉動，電動機軸承跑外套。
5 狀態監測做出的貢獻
5.1防止設備的過度維修
在過去的設備檢修規程中要求設備一年中修一次，后來新的規程把中修和大修歸并成一類，統稱為大修[2]，而且對時間沒有做出具體規定，為設備檢修周期確定帶來了困難，同時生產裝置的平穩生產要求不斷提高，對設備的完好提出了很高的要求，這時不可避免的就出現了大量設備過度維修。在實際工作中，企業規定維護班組每月完成電機檢修臺數指標，難免存在提前結束電動機軸承的壽命周期（8000h以上），增加了設備成本和人工成本。從2005年開始使用狀態檢測技術以來，上述的問題就迎刃而解，設備是否需要檢修的依據就是監測數據，監測數據就是檢修的Z好標準，有效地延長了電動機檢修周期，防止了設備的過度維修。
5.2防止設備的事后維修
電動機的故障現象比較復雜，這就要求巡檢人員具有較高故障判斷能力，才能及時發現軸承故障。但是在實際工作中，還是會經常發生電動機軸承損壞但沒有及時發現，造成電動機軸承抱軸、電動機線圈崩燒事故，這時就只能在事故發生后進行設備的搶修，同時影響生產裝置的正常生產。通過使用狀態檢測技術，就能及時、準確的發現帶病運行的設備，做到對設備進行預知維修。
5.3實時監測設備軸承潤滑情況
在多年的設備檢修維護中，電動機的軸承潤滑不良造成的設備故障占到設備總故障率的50%左右。在以前日常的維護工作中，依靠定時定量的對設備加注潤滑油脂，不一定能滿足軸承的潤滑要求。通過使用狀態檢測技術，可以及時、準確的監測到設備軸承潤滑情況，保證軸承潤滑良好，延長軸承的使用壽命。
6 狀態監測的發展方向
近幾年，公司提出了以狀態監測為依據的可靠性維修的新理念，為了實現這個目標，必須在現有的基礎上逐年加大狀態監測的力度，監測范圍已經由開始的200多臺增加到了400多臺，監測人員以及監測設備也有所增加，并且狀態監測已經成為了每一位電動機檢修技術人員的必修課。全廠8000多臺電動機，5%的關鍵機組使用在線監測設備進行監測，10%的重要電動機實施固定的離線監測，做到每周監測2次；其它電動機在巡檢人員初步判斷有故障時進行離線監測，Z終實現由電動機狀態監測結果決定電動機是否維修的狀態維修體系。
7 結語
經過幾年的努力，電動機監測數據庫已經比較完善、詳實，可以準確預判設備的運行狀態，較好的做到了設備的預知維護和檢修，有效地減少了設備的搶修臺次，大幅降低了檢修人員的勞動強度，同時減少了設備檢修費用。從幾年設備運行、維護、檢修的情況來看，電動機狀態監測已經成為電動機維護的必要手段，隨著監測設備的不斷更新，監測人員技術的不斷提高，Z終實現以狀態監測為依據的可靠性維修，為煉化裝置安、穩、長、滿、優運行提供有力保障。
參考文獻：
[1]陳長征，胡立新，等.設備振動分析與故障診斷技術[M].北京：科學出版社，2007.
[2]曹湘洪.石油化工設備維護檢修規程[M].北京：中國石化出版社，2004.
來源：《機械研究與應用》