選擇最合適的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器
基于狀態(tài)的監(jiān)控 （CbM） 涉及使用傳感器監(jiān)控機(jī)器或資產(chǎn)，以測(cè)量當(dāng)前的健康狀況。預(yù)測(cè)性維護(hù) （PdM） 涉及 CbM、機(jī)器學(xué)習(xí)和分析等技術(shù)的組合，以預(yù)測(cè)即將發(fā)生的機(jī)器或資產(chǎn)故障。在監(jiān)控機(jī)器的健康狀況時(shí)，選擇最合適的傳感器以確?？梢?a target="_blank">檢測(cè)、診斷甚至預(yù)測(cè)故障至關(guān)重要。目前有許多傳感器用于檢測(cè)和檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械及其負(fù)載中的故障，最終目標(biāo)是避免計(jì)劃外停機(jī)。由于PdM技術(shù)應(yīng)用于多種旋轉(zhuǎn)機(jī)器（電機(jī)、齒輪、泵和渦輪機(jī)）和非旋轉(zhuǎn)機(jī)器（閥門、斷路器和電纜），因此很難對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行排序。
許多工業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)為在化學(xué)和食品加工廠以及發(fā)電設(shè)施等連續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用中工作長(zhǎng)達(dá) 20 年，但有些電機(jī)未達(dá)到其預(yù)計(jì)使用壽命。1這可能是由于電機(jī)運(yùn)行不足、維護(hù)計(jì)劃不足、缺乏對(duì) PdM 系統(tǒng)的投資或根本沒有 PdM 系統(tǒng)。PdM 使維護(hù)團(tuán)隊(duì)能夠安排維修并避免計(jì)劃外停機(jī)。通過 PdM 及早預(yù)測(cè)機(jī)器故障還可以幫助維護(hù)工程師識(shí)別和修復(fù)運(yùn)行效率低下的電機(jī)，從而提高性能、生產(chǎn)率、資產(chǎn)可用性和使用壽命。
最好的 PdM 策略是有效利用盡可能多的技術(shù)和傳感器來及早檢測(cè)故障并具有高度置信度的策略，因此，沒有一個(gè)傳感器適合所有人的解決方案。本文旨在闡明為什么預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器對(duì)于早期檢測(cè) PdM 應(yīng)用中的故障至關(guān)重要，以及它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
系統(tǒng)故障時(shí)間表
圖 1 顯示了從安裝新電機(jī)到電機(jī)故障的事件模擬時(shí)間線以及推薦的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器類型。安裝新電機(jī)時(shí)，它在保修期內(nèi)。幾年后，保修期將到期，此時(shí)將實(shí)施更頻繁的人工檢查團(tuán)。
圖1.機(jī)器運(yùn)行狀況與時(shí)間。
如果在這些定期維護(hù)檢查之間出現(xiàn)故障，則可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)劃外停機(jī)。在這種情況下，擁有合適的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器以盡早檢測(cè)潛在故障變得至關(guān)重要，因此，本文將重點(diǎn)介紹振動(dòng)和聲學(xué)傳感器。振動(dòng)分析通常被認(rèn)為是PdM的最佳起點(diǎn)。
預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器
一些傳感器可以比其他傳感器更早地檢測(cè)到某些故障，例如軸承損壞，如圖1所示。在本節(jié)中，將討論最常用于盡早檢測(cè)故障的傳感器，即加速度計(jì)和麥克風(fēng)。表 1 顯示了傳感器規(guī)格列表以及它們可以檢測(cè)到的一些故障。大多數(shù)PdM系統(tǒng)只會(huì)使用其中一些傳感器，因此必須確保充分了解潛在的關(guān)鍵故障以及最適合檢測(cè)它們的傳感器。
| 測(cè)量 | 傳感器 | 關(guān)鍵信息 | 目標(biāo)故障 |
| 振動(dòng) | 壓電加速度計(jì) | 低噪聲，頻率高達(dá) 30 kHz，在 CbM 應(yīng)用中久經(jīng)考驗(yàn) | 軸承狀態(tài)、齒輪嚙合、泵氣蝕、不對(duì)中、不平衡、負(fù)載條件 |
| 振動(dòng) | 微機(jī)電系統(tǒng)加速度計(jì) | 低成本/功耗/尺寸，頻率高達(dá) 20 kHz+ | 軸承狀態(tài)、齒輪嚙合、泵氣蝕、不對(duì)中、不平衡、負(fù)載條件 |
| 聲壓 | 麥克風(fēng) | 低成本/功耗/尺寸，頻率高達(dá) 20 kHz | 軸承狀態(tài)、齒輪嚙合、泵氣蝕、不對(duì)中、不平衡、負(fù)載條件 |
| 聲壓 | 超聲波麥克風(fēng) | 低成本/功耗/尺寸，頻率高達(dá) 100 kHz | 壓力泄漏、軸承狀況、齒輪嚙合、泵氣蝕、不對(duì)中、不平衡 |
| 電機(jī)電流 | 分流器、電流互感器 | 低成本、無創(chuàng)，通常在電機(jī)電源下測(cè)量 | 偏心轉(zhuǎn)子、繞組問題、轉(zhuǎn)子棒問題、供應(yīng)不平衡、軸承問題 |
| 磁場(chǎng) | 霍爾、磁力計(jì)、搜索線圈 | 低成本/尺寸，頻率高達(dá) 250 Hz，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定 | 轉(zhuǎn)子桿、端環(huán)問題 |
| 溫度 | 紅外熱成像 | 昂貴、準(zhǔn)確、同時(shí)提供多種資產(chǎn)/熱源 | 由于摩擦、負(fù)載變化、啟動(dòng)/停止過度、電源不足而導(dǎo)致的熱源位置 |
| 溫度 | RTD，熱電偶，數(shù)字 | 低成本、尺寸、精度高 | 摩擦引起的溫度變化、負(fù)載變化、啟動(dòng)/停止過度、電源不足 |
| 油品質(zhì)量 | 粒子監(jiān)測(cè)儀 | 粘度、顆粒和污染 | 檢測(cè)磨損產(chǎn)生的碎屑 |
傳感器和系統(tǒng)故障注意事項(xiàng)
工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中90%以上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械使用滾動(dòng)軸承。3電機(jī)故障組件的分布如圖2所示，可以清楚地看到，在選擇PdM傳感器時(shí)，關(guān)注軸承監(jiān)控非常重要。為了檢測(cè)、診斷和預(yù)測(cè)潛在故障，振動(dòng)傳感器必須具有低噪聲和寬帶寬能力。
圖2.電機(jī)組件故障發(fā)生率的百分比。4
表 2 顯示了與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相關(guān)的一些最常見故障，以及 PdM 應(yīng)用中使用的一些相應(yīng)振動(dòng)傳感器要求。為了盡早檢測(cè)故障，PdM系統(tǒng)通常需要高性能傳感器。資產(chǎn)上使用的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器的性能水平與資產(chǎn)在整個(gè)過程中持續(xù)可靠運(yùn)行的重要性相關(guān)，而不是以犧牲資產(chǎn)本身為代價(jià)。
表 2.機(jī)器故障和振動(dòng)傳感器注意事項(xiàng)的簡(jiǎn)要概述
| 傳感器要求 | 常見機(jī)器故障 | |||
| 不平衡 | 失調(diào) | 軸承缺陷 | 齒輪缺陷 | |
| 低至中等噪聲 >100 μg/√Hz |
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