降低水廠刮吸泥機(jī)故障率探討

韋志新，徐 斌

（蕪湖華衍水務(wù)有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 設(shè)備介紹及故障率計(jì)算方法

行車(chē)式虹吸刮吸泥機(jī)是大中型自來(lái)水廠常用的平流沉淀池刮吸泥設(shè)備，其利用液位差及大氣壓原理而設(shè)計(jì)吸泥管及刮泥板，液體持續(xù)通過(guò)虹吸管向更低的位置流出從而達(dá)到排泥效果。在自來(lái)水處理流程中，原水經(jīng)投加絮凝劑，使水流中雜質(zhì)與泥沙等顆粒向下沉淀速度大于水流平流速度、從而沉積于池底，其沉淀的雜質(zhì)經(jīng)由刮吸泥機(jī)排出池外。刮吸泥機(jī)設(shè)備分為驅(qū)動(dòng)裝置、軌道設(shè)備、工作橋、虹吸排泥系統(tǒng)和電氣設(shè)備等五大類(lèi)（圖1）。

圖1 刮吸泥機(jī)設(shè)備

蕪湖市三山水廠共有2 臺(tái)虹吸式刮吸泥機(jī)，單臺(tái)設(shè)備負(fù)荷時(shí)間為每天2 h，刮吸泥機(jī)故障會(huì)引起沉淀池淤泥堆積無(wú)法排出，影響沉淀池沉淀效果，導(dǎo)致出水濁度偏高，嚴(yán)重影響供水水質(zhì)。

（2）設(shè)備負(fù)荷時(shí)間：每日運(yùn)行時(shí)間2 h×每月天數(shù)。

（3）故障統(tǒng)計(jì)周期：沉淀池吸泥機(jī)的設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)周期為月。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及原因分析

2.1 2019 年8 月—2020 年7 月設(shè)備故障情況（圖2）

圖2 刮吸泥機(jī)設(shè)備故障率波動(dòng)

2.2 故障統(tǒng)計(jì)

對(duì)2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)發(fā)生的故障做分層統(tǒng)計(jì)（表1）。通過(guò)表1 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到故障占比統(tǒng)計(jì)（表2）和故障率排列圖（圖3）。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得出，刮吸泥機(jī)的設(shè)備故障主要是驅(qū)動(dòng)裝置故障和虹吸排泥系統(tǒng)故障，合計(jì)占總故障時(shí)間的82.67%。

表1 2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)故障時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì) min

表2 2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)故障占比統(tǒng)計(jì)

圖3 2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)故障率排列

2.3 故障分析

針對(duì)刮吸泥機(jī)的兩項(xiàng)主要故障——驅(qū)動(dòng)裝置故障和虹吸排泥系統(tǒng)故障展開(kāi)全面分析，并制作出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)圖（圖4）。

圖4 故障原因關(guān)聯(lián)

2.4 確定要因

為了找出導(dǎo)致刮吸泥機(jī)故障率偏高的原因，通過(guò)關(guān)聯(lián)圖找出的末端因素制定要因確認(rèn)表（表3）并按照活動(dòng)計(jì)劃逐一進(jìn)行要因確認(rèn)。

表3 要因確認(rèn)

2.4.1 員工培訓(xùn)不到位

通過(guò)查閱水廠近一年來(lái)的培訓(xùn)考核記錄，考核平均分?jǐn)?shù)為95.42，每人都能熟練掌握操作規(guī)程。查閱《SB19.8 型刮吸泥機(jī)維護(hù)手冊(cè)》的相關(guān)規(guī)定和近幾個(gè)月的維修保養(yǎng)記錄，發(fā)現(xiàn)均按規(guī)定進(jìn)行了維護(hù)保養(yǎng)。通過(guò)對(duì)2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)各類(lèi)故障統(tǒng)計(jì)，齒輪箱密封件損壞、連接件松動(dòng)僅占驅(qū)動(dòng)裝置故障總時(shí)間的9.38%，對(duì)故障的影響程度小。因此員工培訓(xùn)不到位是非要因。

2.4.2 異物侵入管路

使用流量計(jì)測(cè)量每根排泥管出口泥量，放空沉淀池，現(xiàn)場(chǎng)檢查沉淀池底部積泥。為了確認(rèn)排泥管路是否有異物侵入，使用流體振蕩流量計(jì)測(cè)算每根排泥管路的流量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

由表4 數(shù)據(jù)可知，5 號(hào)、9 號(hào)排泥管與其他排泥管出口泥量差距明顯較大，其出口泥量均值僅為0.504 4 m3/min 和0.369 4 m3/min，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的2.4 m3/min。為了進(jìn)一步確認(rèn)5 號(hào)和9 號(hào)排泥管路是否有異物侵入，對(duì)這兩路排泥管進(jìn)行拆解，并使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)5 號(hào)和9 號(hào)排泥管路確實(shí)有堵塞情況。為了確定沉淀池底部積泥對(duì)5 號(hào)和9 號(hào)管路堵塞是否有影響，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩池的均值為3.74 cm 和4.20 cm，低于設(shè)計(jì)值5 cm，符合運(yùn)行要求。通過(guò)水廠2020 年5—7 月刮吸泥機(jī)排泥管不通暢的情況統(tǒng)計(jì)，因排泥管堵塞造成的虹吸排泥系統(tǒng)故障占比為93.33%，影響程度大，因此確認(rèn)異物侵入管路是要因。

表4 管道排泥量統(tǒng)計(jì) m3/h

2.4.3 電機(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)

使用轉(zhuǎn)速計(jì)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)量結(jié)果兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速存在誤差。為了確認(rèn)鋼輪的行進(jìn)速度情況，依據(jù)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量行進(jìn)速度，根據(jù)實(shí)際情況在低轉(zhuǎn)速下使用T 法（測(cè)周期法）來(lái)測(cè)量?jī)啥穗姍C(jī)所帶動(dòng)行車(chē)車(chē)輪的周期與時(shí)間來(lái)測(cè)算兩端車(chē)輪行進(jìn)速度是否一致。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 左右輪速度統(tǒng)計(jì)

為了驗(yàn)證誤差是否是導(dǎo)致刮吸泥機(jī)“啃軌”現(xiàn)象發(fā)生的原因，在鋼輪旁加裝一臺(tái)紅外對(duì)射并連接信號(hào)至PLC，系統(tǒng)進(jìn)行累計(jì)時(shí)間統(tǒng)計(jì)。當(dāng)鋼輪不同步時(shí)，紅外對(duì)射信號(hào)被遮擋，當(dāng)偏移結(jié)束后回到原位置時(shí)，其用時(shí)為故障時(shí)間，占比41.01%。為了進(jìn)一步確認(rèn)“啃軌”現(xiàn)象是否是造成刮吸泥機(jī)故障的要因，查閱2020 年5—7 月設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)表，并對(duì)“啃軌”的故障時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)因兩側(cè)鋼輪行走不同步導(dǎo)致刮吸泥機(jī)的故障時(shí)間為95 min，占驅(qū)動(dòng)故障總時(shí)間的59.38%，對(duì)故障的影響程度大，因此電機(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)是要因。

2.4.4 單邊排泥方式不合理

兩端車(chē)輪與軌道間是否有間隙，使用塞規(guī)多次測(cè)量鋼輪與軌道之間的間隙，發(fā)現(xiàn)均緊密貼合，未產(chǎn)生“啃軌”現(xiàn)象，單邊排泥未對(duì)行車(chē)平衡造成影響。因此單邊排泥方式不合理是非要因。

2.4.5 真空管路使用年限過(guò)長(zhǎng)

使用專(zhuān)用測(cè)漏儀檢查兩路真空管路，確認(rèn)無(wú)明顯銹蝕和漏氣。將真空管道壓力加至0.028 MPa，壓力保持30 min 后進(jìn)行測(cè)量，真空管路內(nèi)壓力仍是0.028 MPa，確認(rèn)真空管路氣密性并無(wú)影響。真空管路使用年限過(guò)長(zhǎng)是非要因。

綜上所述，導(dǎo)致設(shè)備故障的兩個(gè)主要原因?yàn)楫愇锴秩肱拍喙苈泛碗姍C(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)。

3 改進(jìn)措施

3.1 異物侵入導(dǎo)致排泥管堵塞改進(jìn)措施

針對(duì)異物侵入導(dǎo)致排泥管堵塞問(wèn)題，決定將虹吸泵出口管路改造為雙出口，一端為常規(guī)抽真空使用，另一端為小口徑高壓力清洗使用。管路完成改造后，對(duì)每根排泥管的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，排泥管的出泥量均達(dá)到2.4 m3/h。

3.2 電機(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)改進(jìn)措施

電機(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)解決難度較大，更換電機(jī)投資較大。根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明，電機(jī)在正常負(fù)荷狀態(tài)下轉(zhuǎn)速為1450 r/min 左右，通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)的鋼輪轉(zhuǎn)速行進(jìn)速度約為0.02 m/s，通過(guò)增加變頻器調(diào)控程序?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行恒速控制運(yùn)行，確保其穩(wěn)定在1450 r/min。在車(chē)輪上端梁處添加傳感器（測(cè)量元件）測(cè)試鋼輪速度，連接傳感器至PLC 接線柜內(nèi)；編寫(xiě)程序塊，將控制邏輯原理寫(xiě)入PLC 實(shí)現(xiàn)控制；通過(guò)PID 程序控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)保持鋼輪運(yùn)行速度恒定；使用T 法（測(cè)周期法）測(cè)算兩端車(chē)輪的運(yùn)行速度。電機(jī)PID 控制原理見(jiàn)圖5，電機(jī)控制邏輯見(jiàn)圖6。

圖5 PID 控制原理

圖6 電機(jī)控制邏輯

對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速與鋼輪行走速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集（圖7），當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到兩側(cè)鋼輪不同步時(shí)，通過(guò)PID 程序?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速，使鋼輪行進(jìn)速度保持一致，將鋼輪行進(jìn)速度控制為0.02 m/s 恒速運(yùn)行。

圖7 電機(jī)轉(zhuǎn)速與鋼輪速度對(duì)照

4 改造效果

4.1 目標(biāo)達(dá)成情況

改進(jìn)措施實(shí)施后，對(duì)2020 年12 月—2021 年2 月刮吸泥機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的故障情況進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 改造后故障率統(tǒng)計(jì)

4.2 改造效果

改造后對(duì)各項(xiàng)故障的總時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并制作出排列圖與改造前進(jìn)行對(duì)比（圖8）。

圖8 改造前后故障率排列

4.3 改造效益

水廠共有2 臺(tái)吸泥機(jī)，改造費(fèi)用約2 萬(wàn)元，近3 年的維修費(fèi)用為89 850 元。每年可節(jié)約維修費(fèi)約3 萬(wàn)元。