盾构、TBM状态监测与故障诊断-苏东

盾构、TBM状态监测与故障诊断-苏东第一页，共64页。会议提示人身安全：★交通安全★住宿宾馆通道防火安全★财物安全试验安全：★个人防护★环保第二页，共64页。内容提示国内外监测技术的发展概况设备故障诊断状态监测意义磨擦学介绍油品分析及化验报告油品的存放仪器的简单操作第三页，共64页。设备故障诊断技术的发展概况

1、美国

1961年开始执行阿波罗计划出现一系列设备故障，促使1967年在美国宇航局倡导下，由美国海军研究室主持美国机械故障预防小组（MFPG）；

1971年MFPG划归美国国家标准局领导，下设故障机理研究、检测、诊断和预测技术、可靠性设计和材料耐久性评估四个小组；美国机械工程师学会领导下的锅炉压力容器监测中心对锅炉压力容器和管道等设备的诊断作了大量研究，制订了一系列的有关静态设备设计、制造试验和故障诊断及预防的标准规程，目前正在研究推行设备的声发射诊断技术。

JOHNSMITCHEL公司的超低温水泵和空压机监测技术；

TEDECO公司的润滑油分析诊断技术；西屋公司的网络化汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统（汽轮机，发电机，水化学）；

BentleyNavada公司的DDM系统和ADRE系统为代表的多种机组在线监测诊断系统。

第四页，共64页。2、欧洲英国在60年代末70年代初，英国机械保健中心开始诊断技术的开发研究；发展了以社会化为特点的诊断服务。1970年提出“设备综合工程学”瑞典的SPM轴承监测技术；挪威的船舶诊断技术；丹麦的振动和声发射技术；3、日本

1971年开始发展“全员生产维修”——TPM，并每年向欧美派遣“设备综合工程学调查团”，1976年达到实用阶段。并向世界各国推广。4、中国

1983年由原国家经贸委发布了《国营工业交通设备管理试行条例》；

1987年国务院正式颁布《全民所有制工业交通企业设备管理条例》规定“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法”

2006年《中国企业设备管理条例》颁布第五页，共64页。

进入21世纪地铁及山岭隧道施工，各种盾构、TBM已越来越多。

第六页，共64页。

由于采用盾构、TBM硬岩掘进及城市地铁盾构施工，使用的设备是集机、电、液、气及PLC系统于一体的大型机械，单机设备的故障甚至是局部失灵都会引起停机，给企业带来严重经济损失。再则股份公司的各工点分布广，对设备维护采用计划、定期维修。设备有无故障、故障类型、故障部位、故障程序难以准确把握。状态良好部位的反复拆卸，机械性能往往不理想，甚至低于检修前；超前维修，带来人力、物力的巨大浪费。如果对设备进行故障诊断与状态监测可使机械设备的维护由计划、定期检修走向状态、预知检修维护方式。既避免了机械设备的突发故障，又避免了被迫停机而影响生产；为预知机械设备的维修期提供可靠依据。克服了定期维修带来不必要的经济损失和设备性能下降。通过TBM在《秦岭隧道》与《磨沟岭隧道》，盾构机在南京地铁与广州地铁的施工中体现，对设备实行故障诊断及油品监控具有重要意义，第七页，共64页。设备故障诊断的意义、目的和任务1，设备故障诊断的意义2，设备故障诊断的目的3，设备故障诊断的任务第八页，共64页。

1，设备故障诊断的意义(1)避免灾难性事故的需求

1989年美国挑战者号航天飞机失事

2003年2月美国哥伦比亚号航天飞机失事前苏联切尔诺贝利核电站的爆炸

1985年大同电厂1988年秦岭电厂20万KW

发电机组断轴毁机事故

1999年新疆石河子东热电厂2.5万KW机组叶片断裂28片，故障停机2个月。(2)设备管理发展的客观需求降本增效——〉降低维修成本——〉经济式维修——〉状态维修——〉状态检测故障诊断第九页，共64页。安全可靠有效第十页，共64页。故障诊断技术润滑技术基础技术修复技术第十一页，共64页。在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。什么是状态监测和故障诊断？是防止事故和计划外停机的有效手段。是设备维修的发展方向。第十二页，共64页。状态监测和故障诊断的作用1

监测与保护

监测机器工作状态发现故障及时报警，并隔离故障2分析与诊断

判断故障性质、程度和部位分析故障原因；减少设备管理中不同部门间的意见分歧3处理与预防

给出消除故障的措施，确定维修范围、减少维修过剩或维修不足防止发生同类故障4保证机器精度，提高产品质量5减少意外停车引起的生产损失6防止事故，杜绝灾难性故障7减少维修时间和维修费用8避免事故带来环境污染9检验维修质量10新设备安装及质量评估11老、旧设备状态评估投资获得最大和最长远的回报第十三页，共64页。

经济效益设备故障诊断社会效益环境效益第十四页，共64页。简易诊断和精密诊断状态监测（简易诊断）内容：识别有无故障明确故障严重程度作出故障趋势分析由设备维修人员在现场进行故障诊断（精密诊断）

内容：确定故障部位确定故障原因提出维修建议由设备诊断人员在现场或中心进行第十五页，共64页。设备维修制度的发展事后维修，故障维修

(Breakdown)

设备坏了后才去修理。定期维修，预防维修(Preventive)

定期地检查和大修。预测维修，视情维修

(Predictive)

周期的监测，需要时才去维修。第十六页，共64页。事后维修体制设备运行到坏了再进行修理。不需要安排计划。对一些设备，更换比修理更便宜。意外停机引起生产损失。灾难性的设备事故。库存备件投资多。引起设备的二次损坏。定义优点缺点第十七页，共64页。定期维修体制按预订的时间间隔或检修周期对设备作维修、调整和更换备件。机器寿命较长。减少意外停机。备件库存较少。维修不足导致意外停机引起生产损失。过剩维修导致维修费用增加。过剩维修引起人为维修故障。定义优点缺点第十八页，共64页。预测维修体制有计划地对设备作检查和测试，以确定其健康状态。减少非计划停机损失。维修时间间隔可以延长。非必要维修减到最少。备件库存最小。需要初始投资。需学习和培训。定义优点缺点第十九页，共64页。不同维修制度的比较减少灾难性事故的危险。按计划停机。增加生产机时。雇员合理的配置和使用。减少备件库存。改善产品质量。工厂安全。环境影响。市场形象。维修成本比较第二十页，共64页。定期预防维修统计规律经验感观化个体差异不利于学习维修不足维修过剩预知维修设备状态数据客观、量化仪器差异利于学习经济维修第二十一页，共64页。监测和诊断的手段★

振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。★温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。★

声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。★油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。★无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。★压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。★强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。★表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。★工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。★电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。第二十二页，共64页。磨擦学介绍第二十三页，共64页。摩擦学的定义摩擦学（Tribology)是一门涉及数学、力学、物理学、化学、机械工程学、以及材料科学、石油化工等多种学科领域的一门综合性边缘学科。摩擦学是研究相对运动的相互作用表面的有关理论与实践的一门学科。摩擦是现象，磨损是结果，润滑是减缓磨损的一种办法。第二十四页，共64页。摩擦学研究内容

（1）摩擦学机理的研究

（2）各种典型机械运动副在不同工况、不同介质作用下的摩擦学特性和失效机理的研究（3）各种材料和表面处理工艺的摩擦学特性研究

（4）润滑剂、工艺润滑冷却剂和固体润滑材料的研究（5）摩擦学数据中心和数据库的建立（6）摩擦学测试设备和测试技术的应用及研究第二十五页，共64页。摩擦类型

干摩擦边界摩擦指两接触表面存在边界膜的摩擦。

流体摩擦指两相对运动的接触表面间存在流体膜的摩擦。第二十六页，共64页。磨损类型

第二十七页，共64页。减少磨损的途径

材料的选配

·

耐磨性

·按磨损类型选材原则

润滑表面强化处理或耐磨处理

结构设计科学使用设备、精心维护设备第二十八页，共64页。润滑状态曲线边界润滑状态I、部分流体动压润滑区或称混合润滑区II、流体动压润滑区III。第二十九页，共64页。边界润滑两种接触面间存在极薄润滑膜的润滑形式。

两接触表面间存在的极薄的润滑膜称为边界膜。根据膜的性质不同，它可以分为吸附膜和反应膜两类。吸附膜又可分为物理吸附膜和化学吸附膜；反应膜分为化学反应膜和氧化膜。第三十页，共64页。摩擦学研究进展

流体润滑理论的进展

经典流体润滑

工程型流体润滑

纳米薄膜润滑时间1986年起20世纪60年代起20世纪90年代起工作表面刚性表面，表面光洁弹性、弹塑性；表面结构、表面形状偏差表面原子分子结构（纳米级）环境等温温度场、热变形温度场、热变形、电磁场润滑膜流体膜粘性流体膜吸附膜、有序流体膜和粘性流体膜的结合理论基础流体动力学粘性流体力学粘性流体动力学、表面物理、表面化学适用工况一般情况特种工况微机电系统第三十一页，共64页。

油品分析及化验报告第三十二页，共64页。油品化验概要为什么要对使用中的油品进行化验?

化验哪些项目?化验室分析的项目?分析出的数据有什么意义?

第三十三页，共64页。油品化验-目的

润滑油相当于人体血液

了解油品状况，是否还可继续使用

设备润滑情况的动态监测磨损金属含量的趋势分析

设备润滑故障的原因分析第三十四页，共64页。化验室的主要测试项目粘度IR红外扫描

-氧化度

-水分水分-蒸馏法不溶物含量抗乳化试验金属磨屑含量辅助化验项目:

颗粒计数清洁度

主要项目第三十五页，共64页。为什么要测试粘度

?

最重要的油品特性为承受负载及保护相互运动的表面，需要

足够的油膜强度粘度过低或过高都会引起问题第三十六页，共64页。

测试项目-运动粘度(ASTMD445)

测量油品在40℃或100℃

时流过毛细管的时间

单位为cSt/或SUS

良好的重复性/再现性

第三十七页，共64页。测试项目-运动粘度(ASTMD445)旧粘度增加的原因油添加了较高粘度的其它油品不溶物污染油品氧化变质形成乳化液油品中轻质成分蒸发

旧油粘度下降的原因添加了较低粘度的其它油品聚合物添加剂(如粘度指数增进剂)分子被剪断第三十八页，共64页。

测试项目-FTIR远红外扫描

即傅立叶远红外分光光度仪可检测：水分(%)

氧化度(Abs/Cm)

乙二醇含量(%)

燃油稀释(%)

烟灰第三十九页，共64页。050100150200波长远红外扫描水氧化度硝化度乙二醇硝化物第四十页，共64页。油品化验-水分

水是主要的敌人

降低油膜强度导致添加剂的消耗导致水解和氧化腐蚀加速减磨轴承(A/Fbearing)疲劳破坏第四十一页，共64页。油品化验-水分的影响

相对疲劳寿命油品中的水分,%水对轴承寿命的影响第四十二页，共64页。水分的分析方法

热板试验

-可判定油

品内有无水分

远红外扫描

水含量不大于0.1%时

一般采用此方法

第四十三页，共64页。水分的分析方法(续)

蒸馏法

水含量大于0.1%时一般使用此方法第四十四页，共64页。油品化验-颗粒污染的危害!

50gpm(加仑/分)油泵

ISO21/18

ISO14/11

磨损1750磅/年

磨损50磅/年2年的油泵寿命>14年的油泵寿命第四十五页，共64页。污染对油泵寿命的影响(ref.NADC):

相对磨损率过滤精度,微米第四十六页，共64页。油品化验-颗粒污染的分析

不溶物含量的测定，重量%

过滤滤纸上的不溶物，最后进行称重第四十七页，共64页。油品化验-清洁度分析

颗粒计数或清洁度的分析

ISO/NAS第四十八页，共64页。油品化验-抗乳化测试方法：ASTMD1401过程：

40毫升油与40毫升水混合在100毫升容器内。在54C或82C温度下以1500转/分连续搅拌5分钟。记录油水彻底分离或3毫升乳化层形成所需的时间(分钟)。报告为(举例)：

40-40-0(15)

40-37-3(20)

意义：

检测新油或旧油的抗乳化性能，或油水分离性能第四十九页，共64页。油品化验-金属磨屑含量(ICP光谱仪)

等离子电感耦合分光光谱仪(ICP):

光谱仪用来测定油样中所溶解的金属及

微粒(<10微米)的浓度，单位：ppm

第五十页，共64页。油品常规化验-测试项目

液压油齿轮油油膜轴承油

粘度

X X X 远红外分析(IR) X X X 不溶物含量

X X X抗乳化测试

R X水分(蒸馏法)

大于0.1%时 大于0.1%时 X粒颗计数

R R R铁谱

RR R

R=根据设备及维修情况第五十一页，共64页。油品EM/PA分析-测试项目

液压油齿轮油油膜轴承油

粘度

X X X 远红外分析(IR) X X X 不溶物含量

抗乳化测试

R X水分(蒸馏法)

大于0.1%时 大于0.1%时 X粒颗计数

R R铁谱

XX X

R=根据设备及维修情况第五十二页，共64页。油品化验-产生的效益

增加生产时间降低废油处理成本改进维修减少库存降低能耗改善安全性能提高产品质量有效的油品分析第五十三页，共64页。油品的存放第五十四页，共64页。润滑油和润滑脂是为不同的用途而特别调制的，若搬运或存储失当，润滑油就会变坏或被污染，结果就不能为机件提供充份的润滑保护而变成废弃物。在搬动和储存润滑油时容易受到污染，变坏或需要作废的主要原因有：损坏的容器、湿气凝结、用以搬运的设备肮脏、暴露在灰尘或化学烟雾和蒸气中，不妥善的室外储存，混合使用不同牌号或种类的油，暴露在过热或过冷中，以及储存太久等。工业上最普遍使用的是208公升大桶装是和最润滑油，在经常需要搬运时的油品容器，工作人员在操作时必须小必谨慎处理，才可使油桶安妥。在施工现场搬运时若路平坦油桶可用滚动的方式送到储存的地方，但必须小心以免碰到硬物而使桶破穿。

第五十五页，共64页。室内储存：

储存的最佳方式是室内，将油桶集中存放于附近仓库指定地方，油桶绝不能存靠近蒸气管道或加热器的区域。

存放方法：

如图1所示，最好存放的地方能安装货架。各类特别的润滑油尖有系统地排列，方便取用，已储存较久的应先使用。不宜“先到先用”原则。第五十六页，共64页。户外储存：将润滑油储存于户外是不良的做法。若基于空间的原因必须存放于室外时，就应采取一些预防措施。将不良的后果减至最低。如图示：临时架起起