黄艺辉

（广东能源集团天然气有限公司，广东广州 510630)

0 引言

据统计，80%的机器失效是由于零部件的磨损所引起的，而超过50%的磨损与设备的润滑失效相关[1]，所以润滑失效在设备故障分析中具有重要作用。广东某发电企业以重要辅机设备为目标，以润滑失效为分析切入点，开展设备关键零部件的失效故障诊断研究，这在一定程度减少了相同故障重复发生的概率，提高设备的可靠性。

1 研究背景

润滑磨损故障是设备故障的主要形式之一，它不仅消耗机械零部件的表面材料，降低机械的工作效率和精度，造成漏油、漏气、噪声等，而且还会增加机械系统的能耗。自机组正式投产以来，某发电企业的六大风机油站、部分转机的齿轮箱和轴承等重要辅机设备故障较多，很多故障就涉及润滑油或润滑失效，但这类故障的分析和处理一直缺乏有效的分析、解决手段，部分设备隐患仍然存在。

转动设备的故障发生点主要集中在几个关键零部件，如轴承、齿轮、液压系统的泵和阀等。根据SKF 统计，对于无质量瑕疵、安装正确的轴承，超过80%的故障是由于轴承润滑不良引起；对于液压系统而言，约75%的故障与液压油的质量密切相关；而齿轮系统也有超过50%的故障与齿轮的润滑失效相关。因此，开展润滑失效研究分析这些设备的故障有着重要作用。

本项目研究旨在保障设备润滑安全的前提下，通过油液常规监测和故障诊断分析提前发现重要辅机转动部位的缺陷或解决、分析已出现的较大故障，以提高设备的可靠性和安全性，减少设备异常或损坏事件发生。

2 研究方法和内容

2.1 基础条件

近几年，该发电企业有对汽机专业EH 油酸值、泡沫超标问题和锅炉专业引风机液压油站中的异物问题进行过润滑失效分析，并取得预期效果，同时2015 年以来对关键设备用油监测一直在进行，已有这些设备的多年监测数据，可用于油液监测预警分析，为本项目开展奠定了前期基础。同时，现场很多设备上都装有在线振动监测装置，日常的点检工作也有开展振动、温度等检测项目，数据储备量很大。

2.2 分析方法

转动设备故障往往伴随着相关零部件的润滑失效，如油品污染劣化、油中有异常磨损颗粒等。本项目开展实施的多维度润滑失效分析方法，是以润滑失效分析（润滑失效与磨损失效、油质异常、异物和润滑故障都有关联为切入点，结合振动分析、异物分析和失效特征分析等分析手段，对以设备润滑失效为表征现象的设备故障进行全方位分析，找出故障根源，协助专业分析、处理和解决故障，并制定类似故障的维护和解决方案。

主要的分析方法及各自特点分别为：①润滑失效分析，以油液分析为主体，侧重从油液理化性能指标变化和磨损颗粒的形态特征判断零部件失效原因；②振动分析，对转动设备而言，绝大多数故障都与机械振动密切联系，可用于对相关故障特征的确认；③异物分析，包括电镜能谱分析、XRD（X 射线衍射）分析、红外分析等，用于确定异物的成分组成；④失效特征分析，包括磨损颗粒形态、金相分析、硬度分析等，用于确定失效特征，从而与相应的故障联系起来。

设备常见的故障类型如图1 所示。多维度润滑失效分析的设备故障诊断逻辑如图2 所示。

图2 基于多维度润滑失效分析的设备故障诊断逻辑

2.3 研究对象

目前，发电企业的主机设备（汽轮机和发电机）的状态监测和故障诊断有成熟的检测分析方法，机组型号相似且参考基数大，并且有专业的技术监督机构和部门定期开展故障失效分析。因此，结合发电企业的实际情况，本项目主要的设备故障诊断分析对象，主要侧重于日常油液监测中发现有异常设备和运行中重要辅机设备已发生的缺陷故障，主要包括油站（润滑油站和液压油站）、齿轮箱和重要轴承三大类。

研究的设备清单见表1。

表1 研究对象

2.4 研究内容

（1）对发电企业重要辅机设备（液压或润滑油站类、轴承类和齿轮箱类三类设备）现场实际发生的设备故障和油液检测中发现的较大问题以案例的方式开展分析、诊断、协助处理故障和后续维护策略的制定。

（2）先开展6 个设备案例研究，其中轴承故障诊断分析、齿轮故障诊断分析和油站系统（液压或润滑系统）各2 例。

（3）对转动设备主要故障发生点以案例分析的形式，以案例编制这三类转动设备维护方案，编制这三类设备与润滑失效相关的故障案例集，故障案例集主要内容包括：①轴承、齿轮、油站系统常见润滑失效故障现象或表现形式；②轴承、齿轮、油站系统常见润滑失效故障分析方法；③轴承、齿轮、油站系统预防润滑失效的维护策略。单例故障诊断（失效技术分析）主要模块、工作内容如表2 所示。

表2 单例故障诊断策略

（4）提交的单个案例设备故障诊断分析报告，包括以下内容：①故障背景，包括设备基本信息、故障现象、分析需求；②工作方案，包括样品情况、初步分析或检测方法等；③检测结果和分析，尽可能选用润滑油分析、材料成分分析、电镜能谱分析、硬度分析、金相组织分析等多种分析手段；④结论与建议，如分析结论、故障原因和相关建议。

3 技术要点

将油液监测融入到设备故障预防体系中，提前发现还没有表现出故障特征的设备。根据设备故障特征，应用多维度分析方法，综合客观数据分析和经验对设备故障原因进行合理的推断和分析。针对不同的设备类型（轴承、齿轮、液压）和实际故障特征，选择不同的、合理的分析技术组合，达到对设备故障综合诊断的目的，协助解决设备故障。

4 实施效果

4.1 技术性能指标

通过对重要辅机设备的定期油液监测和润滑失效分析，平均每年提前发现设备隐患6～8 处，同时根据项目成果优化轴承、齿轮、油站这三类设备维护策略和制定同类设备维护方案，有效降低设备重复缺陷的发生（重复缺陷由之前的每年33 条下降到目前9 条），实现了提高设备可靠性和降低维护成本的目的。

4.2 经济和社会效益

以电厂开展的油液监测预防设备故障为例，在一次监测中发现某台油泵的磨损值偏高，结合设备振动加速度大、轴承故障因子参数超标以及频谱分析的结果，确定该轴承存在异常。后经检修检查发现，轴承保持架几乎全部被磨光，滚动体有明显故障，与预先诊断的结论吻合。如果该轴承继续运行下去，随时有可能散架，密封将跟着失效，油泵高温易燃油浆介质随时可能出现泄漏着火，引发严重的安全事故。在该案例中，通过监测和诊断避免的直接设备损失达数百万元，而一旦发生火灾造成的损失将无法估计。

4.3 推广价值

轴承类、齿轮类和油站类故障为辅机和转动类机械的主要故障，对这三类故障进行的多维度诊断分析具有较强的代表性，诊断分析结果不仅对故障具有价值，还对相同结构的设备同类型故障分析具有参考价值，可以形成培训资料在集团系统内或行业内推广。

5 结束语

项目通过对主要设备的油液监测，以油液监测异常或设备润滑失效故障为切入点，开展重要辅机及转动设备故障根源分析，可以预防或避免故障的发生，也可避免相同故障多次重复发生，从而达到提高设备可靠性和降低维护成本双重目的，对提高设备的精细化管理水平和保障机组安全稳定运行具有重要意义，为相关行业提供参考。