設備狀態監測與故障診斷技術在制造類企業中的應用案例

文 翁振斌

概述

福建永智印刷機械設備有限公司是一家專業生產移印機、絲印機及其他印后加工設備的企業，目前在大型印刷設備制造類企業中，設備的狀態監測與故障診斷技術是一種了解和掌握電動機在使用過程中的狀態，確定其整體或局部正常或異常，早期發現故障及其原因，并能預報故障發展趨勢的技術。通俗地講，這是一種給電機設備“看病”的技術。而現場電機設備的一個征兆往往對應好幾個故障，同理，一個故障也對應好幾種征兆；就目前對電機設備來說，故障診斷技術主要是通過軟件支持下的測振儀進行振動監測和分析。但是現場跟實驗的環境有很多的區別，這就要求企業的技術人員不僅要重視對測振儀波形-頻譜圖和參數的分析，同時要加強對設備結構、性能和環境因素等的了解，這些都是為故障診斷進行一個結論的相互補充和驗證的過程。不管對電機的狀態監測也好，故障診斷也罷，最終的目的是要解決問題，找到問題的本質，才能對癥下藥。這樣會對企業從電機的事后維修和計劃維修向預防維修和狀態維修的轉變提供一個很好技術支撐平臺，加快了電機設備管理和維修技術的發展。

設備狀況

福建永智印刷機械設備有限公司按原先的檢修計劃，于2020年12月份開始對生產車間的高壓電動機C352A進行了一個全面的監測，在這之前，此臺電機檢修了3次且檢修周期越來越短，如下表2-1所示。本次監測工作按照《中國石油化工總公司石油化工旋轉機械振動標準》（SHS 01003-2004）的要求進行。通過2018．02．23～2018．03．10監測數據和故障診斷發現：電機檢修周期縮短的主要故障源是：基座強度不夠導致的，詳見下面內容。

電機詳細參數

生產車間的高壓電動機C352A具體銘牌參數如下表2-2所示。

電機基組結構簡圖及現場測點分布圖

高壓電動機C352A機組結構簡圖如圖2-3所示。

電機機組測量點分布情況圖如圖2-4所示。

狀態監測

2020年12月18日開始對高壓電動機C352A進行監測，直到2021年1月5日，本次監測按照《中華人民共和國旋轉機械振動標準》的要求進行，各測點的振動烈度值均在允許范圍內，位于B區，具體數據如下表3-1所示（2020年12月18日測的數據）。根據監測的數據分析，基座安裝不符合要求。我們首先從各部位振動增加幅度這個方面來分析：從2020年12月18日～2021年1月5日的監測振動數據，發現電機基座振動增加幅度最大（最大數據變化：0．5～1．2mm/s）；其次是電機地腳的振動增加幅度（最大數據變化：1．5～2．0mm/s）；最后是電機的振動增加幅度（最大數據變化：2．6～2．8mm/s）。

表2-1 高壓電動機C352A檢修周期統計表

表2-2 C352A電動機銘牌參數表

圖2-4 高壓電動機C352A機組測量點分布情況圖

表3-1 各測量點振動值列表（振動烈度值單位：mm/s ）

對剛性安裝軸中心高超過400mm的電動機，安裝的時候應當進行剛性安裝。安裝之后在電動機地腳上或座式軸承相鄰的基座地腳上測得的振動速度有效值，應不超過相鄰軸承同方向上測得值的50%，否則認定安裝不符合工藝要求。而此次對高壓電動機C352A進行監測的數據顯示，在電機地腳上測得振動有效值超過了相鄰軸承同方向上測得值的50%。

故障診斷

通過對波形-頻譜圖分析，波形圖反應的主要故障是轉子不平衡，同時轉子對中有偏差，如圖4-1所示：

圖4-1 波形圖

圖4-2 頻譜圖

而根據頻譜圖分析，主要頻率是1倍頻（2977/60=49．6Hz，工頻），2倍頻占了很少的一部分，如圖4-2所示，說明存在3種情況：一是轉子不平衡；二是基座強度不夠；三是軸承間隙大、配合不好。

根據2019年6月23日的檢修數據，電機軸徑位置的跳動值是0．005mm，泵和電機的同心度分別為徑向0．08mm，軸向0．06mm，由此可以排除轉子不對中、不平衡這種情況。而根據監測數據前后值相差不大和電機軸承裝配過程都符合標準，可以排除軸承間隙大、配合不好這種情況。

通過觀看波形-頻譜圖，確定其故障最有可能是轉子不對中、不平衡這種情況，但是通過對比電機、地腳和基座的波形--頻譜圖，發現圖形都是一樣的，如果是轉子不對中、不平衡，其軸承座和基座波形-頻譜圖都是不一樣的，所以測試結果跟轉子不對中、不平衡的故障現象對應不上，更像是基座的振動傳遞給電機的。再查看電機軸承這段時間運行的頻譜圖，發現電機主要故障和幅值基本沒有變化，排除漸變不平衡的可能，同時測振儀統計的參數只有波形和波峰因數變化不大以及高頻范圍內波形-頻譜圖基本沒有變化，說明軸承運行是正常的，進一步排除軸承間隙大、配合不好和轉子不對中、不平衡這2種情況。根據電機基座和地腳的頻譜圖上其幅值在不斷增大，可以確定故障源來自基座，說明故障原因是電機安裝時基座強度不夠。

通過上述的設備狀態監測和故障診斷，證實造成高壓電動機C352A檢修周期縮短的主要原因是電機在安裝施工時基座強度不夠，建議立即重新對電機的基座進行灌漿處理。

現場處理結果

2021年1月，福建永智印刷機械設備有限公司利用檢修時間，對高壓電動機C352A的基座進行拆除，發現電機端水泥與基座之間沒有接觸好，有些地方是空的，隨即重新對整個基座進行二次灌漿，開機運行后各個數據都有很明顯的下降且都在B區范圍內，具體數據如下表5-1所示；同時經過1個月的監測運行，發現其振動數據也沒有增長的趨勢，且聲音和溫度都是正常的。

表5-1 各測量點振動值列表（振動烈度值單位：mm/s ）

總結

通過對大型印刷設備制造類企業中的電動機設備進行狀態監測并應用故障診斷技術，可以幫助車間管理人員和維修人員明確電機發生故障的真實原因，有效的延長了設備的運行周期，為設備平穩運行夯實了基礎。同時這種防患于未然的處理技術使得設備故障從事后維修變為預防維修，大大節省了維修時間和維修成本，為企業精細化生產管理提供了技術支撐。