故障自愈技术及其在透平机械上的应用,中国减变速机协会

一、从故障诊断到自愈的工程需求和科学依据从单细胞到人类社会的进化历程，可以认为机器是生物以另一种方式的延续，而与故障作斗争是与疾病作斗争以另一种方式的延续。从1781年瓦特发明蒸气机到1800年广泛用于工业化生产至今，仅有200多年历史。人与故障作斗争主要是靠“治愈”，即机器出了故障要停机由人来检修。人的疾病已有300万年历史，真正意义上的医疗活动不过万年左右，而人类并没有被疾病征服和消灭，靠的就是生命的自愈机制和能力。装备故障可否在机器运行中得到控制或自行消除？故障能否像人和动物的疾病一样可以“自愈”？在人与故障和与疾病作斗争的过程中能否遵循共同的规律？人类能否在治愈的基础上，创造和发展装备故障自愈功能，在确保安全的前提下，长周期经济运行，实现节约型流程制造？现代装备日趋大型化、高速化、自动化和智能化，特别是广泛应用于石化、冶金、电力、有色等流程工业的高速透平机械等重大装备，与生产过程紧密相连，形成大系统。这类系统一旦发生故障可能导致重大事故，并造成巨大经济损失。从20世纪60年代开始，国际工程科技界开发了设备监测诊断技术，在工业企业逐步推行预知维修和智能维修，并在上述企业广泛采用紧急停车系统。这为确保安全生产发挥了重要作用，取得了实效。但是，故障停机检修也会造成巨大的经济损失，启停机过程中也可能产生新的故障。工程实践表明，除了少数突发故障以外大多数故障发生是有一个渐进过程的，如果早期发现，及时采取恰当的措施是完全可防止的。造成这一问题的主要原因在于：在观念上没有“防杜渐”的超前意识，从装备的设计制造到运行操作都没重视故障发生的渐进过程，因而错过了调控的大好时机，导致设备故障的发生；另一个重要原因是装备尚没实现监控一体化，且智能程度不够。在系统论的指导下，打破传统的专业壁垒，借鉴和移植医学与疾病作斗争的“自主调理”治疗原理，集成状态监测诊断技术、人工智能技术、主动控制技术、容错技术等，研究以故障预防和自愈为目标故障自愈功能，从而使大幅度减少故障停机成为可能。重点研究装备的自愈调控原理及其在装备、机泵群和装置系统上的工程应用，为节约型流程制造提供技术支持。二、装备故障自愈调控在透平机械上的工程应用对装备的故障自愈调控的研究可为研制工业应用的故障自愈调控（FSR：Fault Self-recovery Regulation）提供科学依据和关键技术，如在流程工业广泛应用的紧急停车系统（ESD）之前增设故障自愈调控系统（FSR），可在确保安全的前提下大幅度减少自动联锁紧急停车，并可开发出新一代装备，使其具备自愈功能，改变或减少靠人去治愈的传经维修方式。如图1所示，FSR可以将机器监测、诊断、维修和过程与控制结合为一体，实现过程机器和诊断、监控一体化，达到机器系统故障自维修、自消除，即具有自愈功能。故障自愈原理在透平压缩机组工程应用典型实例如下：（1）转子自动平衡高速转子的自动平衡系统可以应用于单转子、垂直转子、悬臂转子以及多转子轴系。（2）主动磁力轴承应用主动磁力轴承的振动故障诊断和自愈调控。（3）注水防结焦在一些场合，可以向离心压缩机缸内注入软化水，可降低温度，防止石油气体在叶轮上结焦产生振动。（4）油冲洗消除结焦通过向离心压缩机缸内注油冲洗叶轮上的结焦消除振动。（5）调整润滑油温消除振动通过调整润滑油温油压，改变轴承油膜的刚度和阻尼抑制振动，如转子轴系半速（或低频振动）失稳控制，以实现故障自愈。（6）防喘振系统通过自动打回流来避免由于离心压缩机流量变化产生喘振。（7）轴位自愈移调控高速涡轮机械通过轴位移故障自愈调控和止推轴承油压调整来防止止推轴承的损坏。（8）于气密封状态冲洗监测干气密封气膜中有否夹带液体，依据状态适时吹入洁净气体，防止由于气膜的不稳定导致密封损失。三、基于自愈机制的机泵群智能维修系统故障自愈原理可以推广应用于抱括人在内有机泵群（人—机—过程—环境）复杂系统，可以看作是一种广义的故障自愈调控。集中专家群体智慧和计算机高性能，实现处理人—机—过程—环境系统复杂问题的可操作的智能平台，实现基于自愈机制的以可靠性为中心的智能维修系统（RCIMS）。基于自愈机制的以可靠性为中心的网络化智能维修系统，以监测系统为基础，将用户、维修计划管理、备件管理、维修部门等建立成一个自组织（自愈）机制，利用系统工程方法构建以可靠性为中心的网络化智能维修系统。此项技术已经在中国石油辽阳感化公司的动设备上进行了工程示范。四、流程生产装置非正常工况的诊断与自愈调控故障自愈调控原理可以用于防止过程生产装置人—机—过程—环境复杂系统进入非正常工况。非正常工况是指当石油化工厂受到严重扰动时，由于超过了设计限度，控制系统已经无法应付这种工况，工厂迅速地进入一种非正常操作状态。调研表明，非正常工况及演变成的事故造成的直接损失与所带来的相关损失之比为1：10。非正常工况所造成的损失大致占全部成本的3%—8%。故障自愈调控执行及时地识别、诊断、评估和调整，应使工厂恢复正常状态或进入一种安全状态。总体技术策略和解决方案是：全方位、全时间周期监控非正常工况。主要集中在非正常工况的诊断预测和自愈调控的研究：诊断预测——研究系统进入非正常工况的原因和预测其产生的条件；自愈调控——研究如何在运行中，防止、抑制和抵消系统内部的变化或处部干扰，使其中不超过设计限度，从而不进入非正常工况。以危险或重要的操作应采用全自动机构或者采用程序控制高施、联锁机构或联动机构以防止误操作。五、故障自愈工程与绿色和节约型流程制造故障自愈工程是指在系统论的指导下，打破传统的专业壁垒，借鉴和移植现代医学“自主调理”治疗原理，集成状态监测诊断技术、人工智能技术、主动和自适应控制技术、智能和自修复材料、嵌入式计算机技术等、研究并推广应用以故障预防和自消除为目标的装备自主调控和自修复技术，使装备系统具备故障自愈功能的全部活动。故障自愈调控技术及应用属于故障自愈工程的一陪分。故障自愈调控原理及其在装备、机泵群和装置复杂系统的工程应用，如图2所示，可以有效地在各种进音段预防和消除各类故障，从而大大提高过程工业生产的安全可靠度和运行周期，减少环境污染，实现绿色和节约型流程制造。可以做到7个“减少” （1）减少故障和事故。（2）减少停机生产损失。（3）减少“过剩检测”。（4）减少“过剩维修”。（5）减少排污污染环境。（6）减少备件储备。（7）减少装备对人的依赖程度。六、结论 “物竞天择，适者生存”。科学发展观要做到人与自然的和谐，也应做到人与人造物的和谐，未来的装备和生产装置必然更适应人的需求，与人的关系会更和谐，可以大大解放人的脑力劳动。而故障自愈原理为装备系统的技术进步提供了新的研究方向，可为机械装备和大型流程工业提供安全临控新的超前预、消患治本的科学方法和手段，并为研制具有自愈功能的新一代透平机械装备、实现节约型流程制造提供关键技术。故障自愈是故障诊断发展的必然趋势，透平机械等重大装备系统故障自愈是预防故障和减免维修的减灾增效工程；是用知识和信息技术改造传统制造业和促进信息行业大发展的必然趋势；是涉及到多学科交叉的前沿技术；是涉及到多专业、多部门建设节约型社会的系统工程；是自主创新的重要方向，具有广阔的发展前景。


关于我们 - 联系方式 - 版权声明 - 本站宗旨 - 网站地图 - 广告服务 - 帮助中心 - 设为首页 - 加入收藏
	全国服务热线:13552592001 E-mail:jiansuji001@163.com Copyright © 2008-2019 By 减速机信息网 All Rights Reserved.