基于故障树分析法的火电厂制粉系统故障分析

基于故障树分析法的火电厂制粉系统故障分析

制粉系统故障诊断技术监测机械状态和故障诊断技术在确保机械安全和运营中发挥着越来越重要的作用。故障树分析（ta）在20世纪60年代开发，用于对大型复杂系统的可靠度、安全性分析和风险评估的方法。它是通过对造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析,建立故障树模型,从而确定产品故障的原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率的一种分析技术。制粉系统是火力发电厂的重要设备之一,其高效、安全、可靠运行直接影响电力生产。因此,对球磨机及其制粉系统常见故障进行有效的分析诊断对于保证机器安全运行有着重要的作用。制粉系统故障常见的有自燃及爆炸、制粉系统断煤、磨煤机堵煤、粗粉分离器堵塞、细粉分离器堵塞、磨煤机故障、排粉机故障等,出现故障后一般采用经验分析。本文利用故障树分析理论对球磨机制粉系统的故障进行分析研究,为实现制粉系统故障智能诊断提供一种有效的方法。1故障树的一般设计故障树分析的目的主要是帮助判明潜在的故障原因或计算产品发生故障的概率,以便采取相应的改进设计措施,同时,也可用于指导故障诊断,改进运行和维修方案。FTA适用于产品的研制、生产和使用阶段。产品故障和零部件故障之间存在着一定的因果关系,FTA方法就是从这种因果关系出发,发现问题,找出原因,明确影响,进而制定有效的改进途径。FTA在工程技术上的应用大致可归纳为以下几个方面:a.可靠性、维修性方面;b.安全性方面;c.测试性方面;d.维修方面;e.保障性分析;f.试验方面;g.管理方面。通过故障树分析可以全面地了解系统的组成和工作情况,以及一切外部环境影响和人为因素。通过对清晰的故障树图形分析,找出零部件的薄弱环节,并可以定量地计算出系统的失效概率,以便对系统进行定性和定量的评价。FTA有如下特点:(1)灵活性。不局限于对系统可靠性做一般分析,而是可以分析系统的各种故障状态。(2)图形演绎。是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法,可以围绕某些特定的故障状态做层层深入的分析,在清晰的故障树图形下,表达了系统内在联系,并指出元部件故障与系统故障之间的逻辑关系,找出系统的薄弱环节。(3)通过故障树可以定量地计算复杂系统的故障概率及其他可靠性参数,为改善和评估系统可靠性提供定量数据。建树一般采用演绎法,即首先根据选定的一个系统故障的判据作为分析的目标(顶事件),然后找出直接导致顶事件发生的各种可能组合因素(这些因素可能包括功能故障、部件不良、程序错误、人为失误、环境影响等)的组合,然后找出导致上述各因素的直接原因,循此格式逐级向下演绎。一般来说,直至找出各个基本事件(即故障分布已知,不需要再进一步查找其发生原因的事件)为止。这样,就得到一棵故障树。故障树是由构成它的全部底事件的“并”和“交”的逻辑关系联结而成的,为了便于对故障树作定性分析和定量计算,必须给出故障树的数学表达式,也就是结构函数。系统失效可称为故障树的顶事件,记做T,系统各部件的失效称为底事件。如对系统和部件均只考虑失效和成功两种状态,则底事件可定义为xi={1,⋯当第i个底事件发生时0,⋯当第i个底事件不发生时(1)xi={1,⋯当第i个底事件发生时0,⋯当第i个底事件不发生时(1)如用Φ来表示系统顶事件的状态,则Φ必然是底事件状态xi(i=1,2,…,n)的函数Φ=Φ(x1,x2,⋯,xn)(2)Φ=Φ(x1,x2,⋯,xn)(2)同时Φ={1,⋯当第i个底事件发生时0,⋯当第i个底事件不发生时(3)Φ={1,⋯当第i个底事件发生时0,⋯当第i个底事件不发生时(3)Φ(x)就是故障树的结构函数。2现故障状态根据故障树分析原理,以球磨机制粉系统出现故障状态为顶事件。根据运行规程逐步分析,以产生本层故障的原因定为下一层故障,直至不能再细分,则为底事件,构造故障树。2.1磨煤机故障根据分析确定导致制粉系统危险状态的直接原因为:自燃及爆炸、制粉系统断煤、磨煤机堵煤、粗粉分离器堵塞、细粉分离器堵塞、磨煤机故障、排粉机故障、输粉机故障。限于篇幅,这里给出制粉系统及其磨煤机、旋转机械的故障树逻辑图,见图1～图3。图中字母A～H和数字29～35分别表示故障树中相应故障的序号。2.2故障树的建立故障树定性分析的目的在于寻找导致顶事件发生的原因和原因组合,识别导致顶事件发生的所有故障模式,判明潜在的故障,以便改进设计,用于指导故障诊断,改进运行和维修方案。通过建立的故障树,用下行法得到导致制粉系统危险的最小割集,见表1。1～47为最小割集。根据以上的分析看出,这是一个串联系统,当任何一个底事件出现故障时顶事件都表现为故障状态。所以想提高制粉系统的可靠性就必须降低每一个底事件的故障率。2.3振动传感器和振动分析以制粉系统中球磨机为例给出故障树分析的应用。实验球磨机为MG-350/600,其额定出力为43.2t/h,转速为17.2r/min,电机转速为985r/min。特征频率如表2所示。在球磨机进煤端和出煤端轴承上加振动加速度传感器,方向分别为水平和垂直。测量振动加速度信号,单位为mm/s;采样频率为3200Hz;采样长度为8192点。图4为球磨机进煤端水平方向振动加速度频谱图。从图中可以看到二级减速啮合频率61.72Hz及其倍频123.44Hz、三倍频185.16Hz、五倍频308.59Hz、六倍频370.31Hz振动明显,并在61.72Hz和308.59Hz处有明显的频率为2.44Hz的边频带,说明二级减速小齿轮有问题,齿轮表面可能存在磨损故障。根据上述图2及图3给出的磨煤机选择机械故障的故障树,逐层推断:齿面磨损→齿轮箱故障→旋转部件故障→球磨机的主轴承及减速机振动,找出了振动原因。但由于振动很小,表明只有轻微故障现象,不影响设备的继续运行。3球磨机机械故障诊断法故障树是故障诊断中一种有效的故障分析方法,本文采用故障树对火电厂制粉系统的常见故障进行了系统分析,并应用于球磨机机械故障诊