关键设备的联轴器维护策略

威斯康辛州伯洛伊特2017年10月12日 - Regal Beloit Corporation是一家领先的电机、电气运动控制、发电和动力传动产品制造商。

由于机械故障造成的计划外停机可能给石油和天然气公司造成数百万美元的生产时间损失。  虽然计算计划外停机的损失有一定难度,但对于一般的美国炼油厂来说,停工一天的损失可能超过大约650万美元1。  从反应性维护(RM)转变为数据驱动的主动性维护(PAM)策略,不仅可以减少计划外停工导致的收入损失,还可将与运营和维护工厂设备相关的总体成本降低60%2

碟片式和膜片式联轴器不像涡轮机或压缩机的密封件那样属于“磨损部件”,这类部件可导致设备性能下降,通常需要定期更换。  大多数高性能联轴器都采用了免维护设计,如果保持在额定容量范围内运行,其使用寿命可超过其连接的设备3。  为了最大限度地提高产量,每项资产(无论是否为关键资产)都应该有适当的维护策略,并得到遵守和审核以保证有效性,同时根据需要进行调整,以确保可靠性。 

关键程度是一个根据以下因素进行定量排序的过程:运营成本、维护成本、吞吐量损失、质量、安全性和环境影响。下图显示了一家典型工厂内设备的关键程度分布情况(图1)。  根据停用设备会产生的成本,该工厂只有10%的设备被列入关键等级。25%被列为必要等级。30%被列为重要等级。  其余35%为非必要等级。  每个关键程度级别都可以与有效的维护策略匹配,以使执行成本与所需的可靠性之间达到平衡。


图1 - 典型工厂关键程度分布


在进行关键程度分析之后进行故障模式和影响分析(FMEA),以确定所有可能的故障类型、相应的故障影响以及减轻或消除该故障模式的途径。  FMEA将作为其后决策过程的依据,以确定新设备的正确维护策略。  下面列出了最常见的维护策略。

在额定的应用设计范围内运行时,碟片式和膜片式联轴器具有“无限的”寿命。然而,运行条件的改变可能会影响联轴器的使用寿命4。  以下部分重点介绍了可通过Kop-Flex®工厂重新认证服务缓解或避免的潜在故障模式。  使用过的联轴器能够修复到“类似于全新”状态,并获得原厂保修,相对于购买全新设备可节省很多成本5。 

尽管在每个周转期间对高性能联轴器进行重新认证是最可靠的维护策略,但由于物流调度的原因,可能并非最具成本效益或最可行的策略。  结合工厂重新认证和状态监测并且能洞悉和预防以往问题的指导方针,能够为您的关键旋转设备提供有效的主动性维护策略6。  以下部分提供了对可能缩短联轴器有效使用寿命的各项因素的基本理解。

不对中

虽然在设备运行时通常不会测量不对中,但关注某些可能缩短联轴器使用寿命的不利变数会有所帮助。  关于联轴器对中最常见的问题之一与运行时的热偏移有关。  如果设备和联轴器需要承受比较大的温差,则热生长值的准确性极其重要。  是否对设备进行了热对中检查,以缓解轴间的非量化运动并确认所提供的值?  在运行过程中确定对中的其它障碍可能来自基础位移或管道应变。  振动监测或联轴器失效根源分析(RCA)有助于识别和解决这类问题。  工厂重新认证可重置联轴器可能受到的损坏积累,并将其恢复到“类似全新”状态。


基础位移造成的不对中问题

 

环境

另一个应该考虑的因素是联轴器的运行环境。  对于许多海上应用,盐水造成的高腐蚀性环境可加快含铁金属的氧化。  在有些应用中,由于防护设计和不可预见的现场问题,联轴器需要在远高于设计额定温度的环境中运行。  较高的温度会影响联轴器的使用寿命。  如果这种因素或者其它环境因素存在,则应该相应地调整设备的检查频率。  工厂重新认证将联轴器运转系数恢复到原始的“设计值”。

 

待送回进行重新认证的在调试之前安装的联轴器弹性轮毂的腐蚀情况。

设备和运行条件

动力传动系统的扭转振动响应模拟是一项关键的分析技术,因为它能够在设备的设计阶段评估传输扭矩。  由于该模型的结果存在一定程度的不确定性,API标准要求任何激发频率都要有10%的间距余量。  虽然更完善的数据和建模技术提高了扭转系统的准确性,但问题可能仍然存在,导致出现不受控制的扭曲振动,从而损坏设备。


因扭转故障造成的联轴器弹出

另外,如果设备的运行计划不规则,每次启动时联轴器可能会承受高强度的瞬态力矩。  VFD控制电机不正确的调谐可能会使联轴器受到在设计阶段未考虑到的破坏性扭转振荡的影响,从而缩短联轴器和设备的使用寿命。

 


扭转疲劳造成的联轴器故障

工艺条件

联轴器的使用寿命还可能因工艺条件的变化而缩短。  某台压缩机是否受到已知的波动事件影响?  由于工艺过程震动或系统固有频率的意外激发,设备传动系也许未能按预期的状态顺畅运行。一般使用状态监控技术来识别这类事件,通常无法确定它们对联轴器负载有何影响。


需要更换的启动设备中发生扭矩过载的碟片联轴器

总结

联轴器在设计上通常是旋转设备中最薄弱的环节,也是成本最低的配件。  联轴器往往出于这一原因而被忽视,但却经常能够提供对设备运行条件的深入观察。  碟片联轴器开裂的外盘可告知您设备是否在过度不对中的状况下运行,而共振扭转频率的激发可能会导致碟片组中心的微振。  如果这些问题始终未被察觉和解决,则设备故障以及相关的意外停机和生产损失的风险将会增加。

考虑以下情况:工厂A和工厂B自7年前投入使用以来一直运行由蒸汽轮机驱动的相同压缩机组。  在工厂A,联轴器自启动以来一直在低振动状态下持续运转,而在工厂B,机组一直存在造成停机的问题以及由于热膨胀引起的不对中而导致的振动较大问题。  虽然两家工厂都应该在其母设备的适用维护计划中包括联轴器,但由于运行中承受的额外负荷,工厂B的联轴器出现故障的可能性较大。  假设工厂B的设备组成本约为2000万美元,那么在第14年的第二个周转期间进行联轴器重新认证所耗费的成本对于确保持续的运行性能而言代价极小。

以上介绍了几个可以通过Kop-Flex®工厂重新认证服务得到缓解的可能的故障模式。  这些方面可以作为有关您设备的问题的基础,以确定合适的设备和应用维护计划。  作为第一步,使用设备组中其它设备的预防性维护间隔作为检查弹性联轴器的理想时间。  根据特定设备组的风险因素,工厂重新认证可能是实现设备最长正常运行时间的最佳途径。

关于Regal Beloit Corporation

Regal Beloit Corporation (NYSE: RBC)是一家领先的电机、电气运动控制、发电和输电产品制造商,其产品行销全球各地。该公司由三个业务部组成:商业和工业系统、气候解决方案和动力传动解决方案。Regal总部设于威斯康辛州贝洛伊特,并在美国、加拿大、拉美、欧洲和亚洲各地设有制造、销售和服务设施。欲知详情,请访问RegalBeloit.com


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媒体联系人
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Regal品牌和营销传播总监
电话:  859 727 5271


技术联系人
Julian Del Campo
Regal产品经理
Julian.Delcampo@regalbeloit.com
电话:  443 838 0596

版本号MCWR17042E


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1 2016 EIA数据,18,317,036 bbl/cd,139个运营中的炼油厂,油价为每桶50.00美元。
2 Kimberlite 2016年的研究确认的与被动性(5803万美元)、计划性(5978万美元)和主动性(2403万美元)维护策略相关的成本。
3 参见《碟片式联轴器工作原理》表格10036E了解更多信息。
4 参见《联轴器的选择和设计》表格10037E了解更多信息。
5 参见《联轴器重新认证提高工厂可靠性》表格10039E了解更多信息。
6 参见《辨别碟片式联轴器故障》表格10038E了解更多信息。