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状态监测下的煤矿机电设备维修管理

2019/08/22 阅读:

摘要:目前煤矿企业在实际管理中,机电设备管理和维修工作多数仍停留在传统靠人盯防的事后维修和计划维修阶段,这种设备管理模式已经越来越不适应新形势下煤矿设备管理的需求。煤矿探索对设备进行状态监测、数据分析及故障诊断,对设备的运行隐患早发现、早处理,将故障隐患和性能状态劣化消灭在萌芽状态,实现设备按需维修、应修必修,保持机电设备高效良性状态,减少或避免严重故障或造成重大事故,提高设备智能化和管理水平,是今后煤矿机电设备管理和维修的主要手段和策略。

关键词:煤矿机电设备;维修管理;状态检测;探讨

一、机电设备维修技术策略的新阶段

设备维修是煤矿机电设备管理的主要任务,目的在于保持、恢复以及提升设备技术性能,保障机电设备安全高效运行。从历史看,煤矿机电设备的维修从无到有,先后经历了事后故障维修、预防性计划维修等阶段,到依靠现代设备智能诊断和信息化技术的预知维修阶段,每个阶段都有不同的策略和特点。

(一)故障(事后)维修阶段故障维修属于事后维修,故障维修在设备停车之后,允许机器出现故障。策略是以修为主,修理或更换损坏的零件。这种模式存在设备维修不足,维修工作经常处于不可预知性和突发性应急状态,备件库存要求高,维修人员疲于应付,这是由当时的技术条件所决定的。

(二)预防(计划)维修阶段预防维修是在故障维修的基础上,按照运行时间预设间隔进行维修,主要策略以保养为主、修理为辅,争取在问题发生前修理或更换受损部件。具有强制性和计划性,要求维修活动有足够的技能和时间保证。其反映的是人的维修管理经验,而装备的实际状态在维修计划中体现不足,但个性化的人为因素影响大,造成计划超前或滞后,导致维修过剩或维修不足。

(三)预知(状态)维修阶段预知维修属于预防性维修范畴,不同点在于预知维修是以装备的运行状态和特征参量监测为基础,以系统故障预测和性能评估的结果为依据而采取的维修策略。在维修实践中,人们先后将系统论、控制论、信息论、可靠性理论、故障物理理论以及电学、声学、热学等与设备状态信息控制和维修实战相结合,提出了设备综合工程学、“全员管理”(TPM)等理论,通过主动对机电设备状态(振动、油质、声音、微粒、腐蚀)监测数据和设备故障诊断技术定量分析,判断设备及部件功能劣化的规律,系统地选择设备或部件维修的时间节点和维修方案。预知维修针对设备实际状态和功能发展趋势,目的在于发挥设备最大效能,减少维修费用,把灾难性故障风险降到最低,减少备件库存。预知维修突出应修必修、修必修好理念,具有实时性、针对性和科学性;缺点是监测系统评价会存在一定的正确性风险。

二、实施预知维修在煤矿机电设备管理中的必要性

伴随着煤矿现代化建设和产能的不断提升,矿井提升运输、通风排水、采掘等设备的大型化、集成化、智能化水平大幅度提高。这些装备通常都由复杂的功能单元组成,每个功能单元都可能发生故障,且因部件个体寿命各不相同,运行性能的劣化趋势不一,使得越是复杂的设备发生故障的必然性和不确定性就越强。同时,由煤矿连续生产的特点决定,关键设备一旦发生故障,处理和恢复难度大、周期长,势必造成重大影响和经济损失。采用传统的维修策略已经远远落后现代技术发展要求,难以完成设备状态监测和早期预警维修,制约系统设备的产能发挥,甚至造成不必要的停机或不可接受的事故后果。一般来说,设备的潜在缺陷会在一定时间内演变进而发展成故障,在常态下设备的潜在缺陷又往往不容易被人们发现,就可能会造成维护处理不及时,最终导致设备故障、发生事故。实际工作中,人们对诸如灰尘、磨损、松动、异响、伤痕与变形等潜在缺陷不重视,而任由其长期存在逐渐演变、扩展、相互重叠影响,最后导致故障或突发事故。现代设备状态监测技术和故障诊断技术的发展,使得设备的潜在缺陷表面化和易显化,从而使人们做到对设备故障能够早发现、早诊断和早预防,实现设备的预知维修。实施预知维修可以对机电设备运行状态进行监测和分析,按需维修、精准预防,避免维修的不足或过剩。生产中维修不足将导致装备运行状况劣化,维修过剩将增加不必要的停机,影响装备的有效运行时间,都是不可取的。建立符合煤矿生产需要的设备维修预控体系,能够对设备变化情况和不良后果超前判断,采取事前维修,确保设备完好和生产的顺利进行,使设备处于良性受控状态。预知性维修的状态监测和故障诊断通常针对间接特征参量,可在运行过程中或不拆卸设备的情况下进行,安全可靠性显著提升,优点明显。首先,预知性维修减少了人们接触现场运转设备的机会,提高了检修作业人员的作业安全;其次,预知维修目的明确,可以实现精准预防、按需检修,减少现场设备的预防性试验和检修频次,防止设备的欠修或过修,最大限度降低设备维修费用;再者,通过预知维修能保证设备常处于完好状态,并可以延长设备零部件的使用寿命;此外,预知维修是以仪器监测结果为依据,反映问题客观,最大程度地避免了人为因素,其准确性和合理性较强。因此,基于状态监测的预知维修取代以时间为基础的预防性维修,优化维修决策过程,是新时期煤矿机电设备管理维修的发展方向和必然选择,具有十分重要的现实意义。

三、预知维修的设备状态监测和故障诊断技术

实现对设备进行状态监测和故障诊断是实施预知维修的基础和前提,监测和诊断内容包括:利用传感器、计算机和网络技术等及时准确地在线采集设备运行或相对静止的状态信息和特征参量,进行大数据挖掘应用,将其变化情况或征兆与常规和故障模式比较,定量识别设备及其零部件的技术状态,并预测设备异常或故障的性质和原因及产生不良后果的可能性,评估设备的运行状态和生命周期,诊断潜在故障的部位和类型,优化维修决策流程,在最有利维修时机进行快速合理有效维修,使设备运行在受控状态,避免或减少事故,保证设备高效运行。

(一)振动监测技术机械振动产生的原因在于设计制造、安装调试、运行缺陷和环境等因素影响,它的存在势必会引起结构损伤和材料疲劳,能够在相当短的时间内产生并迅速扩大导致事故。机械振动是设备故障特征信息的有效载体,有确定性振动和随机振动。利用振动传感器及分析仪能方便地获得关键传动部件振动的位移量、速度和加速度,并制作频谱图,分析振动的程度及产生的原因和振源。传感器通常有压电加速度传感器、磁电速度传感器和涡流位移传感器。前两者属于无源能量转换型传感器,它与振动的加速度成正比。后者为有源非接触式能量控制型传感器,可测量旋转轴系的振动、轴向位移及转数,具有在线性和无损性。通常煤矿提升机、主通风机、高强胶带机等大型电机轴伸端、减速机输入输出轴、滚筒或天轮主轴端轴承等关键传动部位是监测的重点,根据振动烈度量级和设备的不同分类确定其是否容许运行或停机检修,出具诊断报告、报警提示和数据发布。

(二)噪声测量噪声属于由不规则的机械振动在空气中所引起的振动波。设备在正常条件下,所辐射的声功率是恒定的量,能客观地表征机器噪声源的特性,通常作为机电设备运行性能维护的指标之一。噪声测量仪器分为把声压的变化转变成膜片振动的传声器和对声级进行频谱分析并记录噪声时间特性的声级计。通过噪声监测,根据噪声信号的特征量值比较设定故障限值,通过对噪声信号的频谱分析识别故障的性质、发生的部位以及严重程度。

(三)温度测量测温仪表有接触式测温和非接触式测温装置两种。非接触式主要是红外线测温仪和红外线热像仪,能够测量温度在物体表面或空间的分布情况。能将物体的温度分布转换成图像,以更为直观、形象的热图显示出来。具有非接触测量、反映速度快、灵敏度高、温度测量范围广等特点。经常与振动监测联合布置,通过测温测量可实现检测轴承损坏、流体系统故障、发热异常、保温材料损坏、电器元件故障、机件内部缺陷、裂纹探测等。

(四)光谱分析技术生产中利用多元素油料分析光谱仪,对油液中20多种元素及其浓度进行分析,根据油液中的元素和其来源判断故障性质,如元素来自摩擦则说明这种元素是由于磨损而产生的,再根据各摩擦材料准确判断产生磨损元素的具体位置。

(五)铁谱技术铁谱技术可以直接观测油脂中金属颗粒,利用磁场将悬浮于润滑油液中的金属磨损微粒与润滑油分离开来,借助光学显微镜或扫描电子显微镜对微粒检测分析,通过对其形态、大小、颜色、数量、表面形状和分布特征,判断机件的磨损状态和来源,对设备的润滑情况和磨损状态作出诊断,找出设备磨损故障的部位、原因和污染来源。以保障正常运转、消除事故根源,降低设备故障及失效地发生。同时提高设备利用率,延长润滑油脂更换周期和设备寿命。

(六)无损探伤技术裂纹是机器零部件最严重的缺陷,可能在原材料生产、零部件加工以及设备使用等各个阶段产生。探伤方法有光学检测法、渗透探测法、磁粉探测法、射线探测法、超声波探测法、涡流探测法和声发射探测法等。如超声波和射线探伤技术,利用超声波仪从被探件表面探测时,声波仪规律性的波纹发生不正常的扭曲,则说明被探件有内伤。通常对提升绞车等大型、关键设备主轴及车辆、罐斗等连接悬挂装置、主扇轴及叶柄、钢丝绳和胶带绳芯及重要基础结构、销轴等进行监测。磁粉探测则利用磁粉的液体混合物刷在探件表面,将探件置于稳定的磁场中,磁粉就呈现出规律性走向。如果局部磁粉走向发生异常,则说明探件表面有裂缝。这些已被广泛应用到煤矿生产实际中。

(七)电气诊断技术通过在线监测数据以及运行维护记录等,诊断电气设备可能出现的潜伏性故障,并作出故障的趋势预报,确定影响维修的主要指标属性或目标。

四、煤矿实施设备预知维修管理的策略

(一)实施预知维修应遵循的原则在煤矿机电设备管理中实施预知维修策略,需要在管理层和决策层建立和遵循以下的原则:(1)设备存在缺陷和异常是能够被及时发现的;(2)可预见的管理造成的故障停机,都必须采取措施;(3)绝大多数停机故障是可预见和可避免的。

(二)设备预知维修的实施策略1.统一思想,提高认识,转变维修管理理念目前不少煤矿建立了自动化、信息化监控系统的软、硬件环境,但在管理上仍采用传统检修维护模式,在责任单位的管理责任、主体意识中,都缺少对设备进行全生命周期性能和状态预防维护的管理意识。首先,要求责任部门和单位主动承担相应状态管理的职责,变被动维修为主动维修。其次,现场维护人员要转变观念,增强生产工艺响应能力、设备状态综合判断能力和现场维修处置能力。这样,上下一致达成共识,在系统和装备设计、改造、运行和维护上认真贯彻,积极将“状态预防”和“按需维修”思维注入日常管理中,稳步推进预知维修工作不断进步和规范化。2.通过配套健全制度搭建管理基础首先,矿井应制定和预知维修相配套的制度、工作流程和实施方案,编制相对应的技术规范、作业指导书、技术规范、标准和记录,以支持工作的开展,强化过程控制,对出现的问题及时分析问责,避免预知维修活动成为随机性工作。其次,对于规范故障缺陷、图纸档案、设备台账等相关资料的收集,每月应及时总结归档。再次,全面推行设备点检制度,定人、定机、定点检内容、定点检标准,使设备点检工作具体化、规范化。最后,由责任单位按照所收集的分管机电设备的运行信息、故障信息和先期征兆等,按其性质、程度和主次,制定有目的的修理计划,做到精准检修、应修必修、预知维修。3.建立适合预知维修的点检管理途径实行预知维修的前提是要准确掌握设备的技术性能状态,最有效的途径是设备点检。所谓点检就是将设备可能出现问题的部位,设定成若干点,规定出点检标准、点检周期和点检方法。因此,煤矿决策层要设立设备状态监测机构,要准确掌握主要设备的技术状况,并对执行层的设备维修给予指导。作为执行层的重要单位需要健全设备点检管理网络,安排专业技术人员担任专职点检人员,由设备操作工和维修工进行日常点检、检修和应急处置培训,以降低设备的故障停机率。4.强化技术人员专业素质培训首先,企业应针对设备保全员的技术培训加大资金投入,稳定维修队伍,尤其保持技术骨干队伍稳定,大胆培养和启用新人,培养他们先进理念和技能;其次,分层次、分阶段地进行宣贯与必要培训,转变全体职工观念,明确参与检修人员的作用与责任;最后,通过理论和实训,开展深层次、全方位的业务技术培训,培养具备高素质的复合型人才,为预知维修工作的深入持续打下坚实的人力资源基础。

五、结语

基于设备状态检测的预知维修管理模式,要努力实现煤矿大型关键机电设备的精准维修、按需检修,保障设备性能处于良好状态,杜绝欠修或过修。在维修管理中,应延长设备或主要部件的生命周期,提高机电设备和系统的安全可靠性,避免机电设备意外停机的次数和重大事故的发生,从而节约设备维修费用,保障机电设备安全经济运行,实现设备维修管理的科学化、规范化、信息化,提高煤矿机电设备管理水平。

参考文献:

[1]白世贞.机电设备预知维修与故障诊断私通设计[J].汽轮机技术,2006.

[2]尚小生.电力设备状态检修实施策略研究[J].中国科技博览,2016.

[3]维修电工(技师技能高级技师技能)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2003.

[4]张辉.造纸机械状态监测与技障诊新技术的应用与发展[J].中国造纸,2003.

作者:刘昶乾 单位:平顶山天安煤业股份有限公司八矿

状态监测下的煤矿机电设备维修管理

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