機電工程安裝施工技術問題與措施淺析
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摘要：本文主要是探究了機電安裝工程在噪聲諧振、過流危害以及機電設備本身質量上存在的問題。以機電設備的故障問題檢修經驗作為依據(jù)，查找機電設備在安裝施工技術上存在的不足以及危害。最后根據(jù)發(fā)現(xiàn)的機電設備故障原因，分別提出了機電降噪抑制振搗的措施、加裝繼電保護裝置與安裝前對機電設備進行質量檢查，解決了機電設備安裝施工的三類主要技術問題。
關鍵詞：機電工程；安裝施工；對策措施
0引言
我國當前階段在機電工程的主要研究方向，還仍然停留在機電設備的功能型號創(chuàng)新研發(fā)上，相比之下在機電安裝問題上的優(yōu)化研究課題還比較少，所以在機電設備的實際應用場景中，經常會由于機電設備的安裝精度問題，導致機電設備長期處于不良工況狀態(tài)，加劇了機電設備損壞報廢的發(fā)生概率，更可能進一步釀成生產事故。而通過對以往機電設備在生產運行中易出現(xiàn)的故障進行規(guī)律性總結，發(fā)現(xiàn)機電工程安裝施工導致設備異常振動噪聲、過載過流以及部件機構卡死故障，對機電工程整體質量危害較大，容易產生生產事故問題。分析機電工程的安裝施工中的技術問題，是為了進一步提高機電工程安裝質量，為機電設備應用場所的安全生產管理提供有力保障。
1機電工程的安裝施工特點
1.1安裝施工性質復雜
無論是工業(yè)機電工程、建筑機電工程還是其它各類機電安裝場景，機電設備都不是獨立安裝使用的。因此在實際機電工程安裝時，往往根據(jù)機電設備的實際使用用途，涉及多個專業(yè)領域的功能集成，如工業(yè)、民用、公共電氣、消防、采暖、通風管道、水泵等多種，盡管不同的機電設備都具有獨立的電力能源供應系統(tǒng)，但它們之間往往在用途上又是互相關聯(lián)配合的關系。這就導致了在機電工程安裝施工設計時，必須要考慮到機電設備的后期投產使用以及維護保養(yǎng)上的便捷性與可操作性問題[1]。例如將兩種使用用途存在關聯(lián)但互相工作環(huán)境沖突的機電設備，錯誤地安裝至同一系統(tǒng)區(qū)域，就會出現(xiàn)機電系統(tǒng)的運行異常問題，像是工業(yè)制冷設備與供暖系統(tǒng)的環(huán)境沖突。因此，機電工程安裝施工時，首先必須要根據(jù)設備的采購、安裝調試、檢測竣工、生產運行以及后期維護保養(yǎng)等多個環(huán)節(jié)的實際使用情況進行方案部署，只有這樣才能確保安裝后的機電工程質量不受到安裝環(huán)境的不利影響。
1.2安裝施工對作業(yè)人員的技術要求較高
機電工程的安裝施工的安裝標準往往是非常高的，而不是像多數(shù)人理解的那樣僅僅滿足機電設備供電需求即可。這是因為一些高功率的電氣設備由于運行參數(shù)水平較高，本身機身存在一定程度的共振問題，如用于工業(yè)生產的電機、泵組等設備，在運行會帶動整個設備乃至外殼產生機械振動，而這些電氣設備的內部構造往往又非常復雜，一些精密部件很容易因長期共振影響，導致部分焊點過早地出現(xiàn)松動破壞，最終發(fā)展成電氣設備的故障問題[2]。所以說，電氣工程的安裝大到整體的線路設備布局，小到一顆安裝固定的螺栓，都必須要嚴格依照設計圖紙的標準進行，力求設備固定良好，供電線路系統(tǒng)穩(wěn)定，只有讓安裝的電氣設備始終處于良好工況，才能進一步地延長電氣設備的使用壽命。從這個層面上來看，電氣工程的安裝質量，往往直接決定了電氣設備后續(xù)生產運用的經濟效益與安全性能。
2機電工程安裝施工的主要技術問題類型
2.1機電設備的噪聲、振動問題
部分泵組設備、電機設備以及一些熱工鍋爐設備在正常運行時，會產生一定的振動，這種振動問題往往會被安裝工藝的不合理因素放大影響，如機電設備的固定螺栓松動，導致機電設備在運行時失去共振的抑制功能，不僅會對設備本身的質量與運行穩(wěn)定性產生嚴重的損害，且十分不利于生產作業(yè)，嚴重了機電設備的正常使用。一旦機電設備的噪聲超過了一定分貝限值，還會嚴重影響周邊環(huán)境與作業(yè)人員的身體健康，所以在機電安裝時，一定要注意部分高功率運行的機電設備噪聲振動問題。這種問題產生的來源主要有三處：一是安裝施工工藝本身的不合理因素，在機電設備的安裝中沒有合理應用一些降噪或者振動抑制的措施，如步進電機的共鳴腔與傳動桿上沒有采取降噪處理；二是機電設備在安裝對位時存在配合不嚴密的部位，放大了噪聲振動效果。主要產生噪聲的機電設備有如下幾類：冷卻塔、送風機與制冷風機、水泵工作組、變壓器、電機驅動的動力裝置、給排水以及供暖使用的各類機械設備[3]。在機電設備安裝過程中，由于連接部位不牢固，導致機電設備的底座或者其它工裝面未能貼緊安裝框架或者建筑墻體，從而對建筑物或者框架產生往復地擠壓碰撞；三是機電設備本身的質量問題，如風機、泵組裝置經常出現(xiàn)轉子系統(tǒng)的異物干擾，導致轉動失衡。
2.2過電流問題
過電流現(xiàn)象是指機電設備在安裝使用后出現(xiàn)的電流額定超載現(xiàn)象，在機電專業(yè)中，一切大于機電設備導體額定電流量的回路都被視為機電設備的過電流。機電設備的過電流問題主要有兩種性質：一是電流過載，即未出現(xiàn)機電設備的絕緣損壞問題，單純地由機電設備接入端流入的電流值過大而引起的過電流。這種問題往往是由于安裝時的接線錯誤導致的，如需要在系統(tǒng)中接入變壓器的機電設備未能連通變壓器，或者是在變壓器安裝時未能發(fā)現(xiàn)相間短路的故障問題，再或者是進線與出線存在錯接反接，都會引起設備的電流過載；二是短路電流問題，即機電設備的內部存在絕緣破損，使得部分線路被短接引起局部荷載失效，最終使機電設備產生過電流[4]。無論是哪種安裝問題引起的機電設備過電流問題，都會給機電設備的生產使用造成嚴重的隱患問題。當過電流的超出限值未達到回路額定電流的數(shù)倍時，盡管不會直接引起設備的故障問題，但它引起設備緩慢過熱，進一步加快機電設備的絕緣線路老化受損，從而影響機電設備的正常使用壽命；而當過電流的超出限值高達數(shù)倍回路的額定電流時，將會擊穿機電設備的電子元件，或者引起機電設備線路短時間內溫度驟升，直接導致設備故障損壞，甚至于發(fā)展為電氣火災，給機電設備的實際使用場所與周邊建筑帶來嚴重的安全隱患。2.3電氣設備本身的安裝問題除了上述兩種安裝問題以外，在實際安裝中，由于施工人員的錯誤操作，也容易對機電設備本身產生一定的損壞影響。在這里主要列舉如下幾類常見的因安裝施工導致機電設備出現(xiàn)異常工況的問題：一是開關安裝標準不高，或者開關安裝時本身存在破損部位，機電設備的啟動開關處通常是以銅線焊接的形式連接在電路板上的，若是在焊接部位存在虛焊或者局部破損斷裂，那么設備在調試運行時就會出現(xiàn)開關局部電阻過大的問題，導致機電設備的開關焊點氧化、燒蝕，將直接影響機電設備開關的正常使用性能導致機電設備的控制精度受損。若是發(fā)現(xiàn)不及時，開關部位進一步燒穿斷路，那么會直接導致設備停轉，給機電設備加工生產帶來巨大的經濟損失。二是啟動器安裝故障，以工業(yè)電機作為動力來源的機電設備，如沖壓車床、軋輥、沖進鉆頭以及高功率油泵等，為了特定工序的精度要求，都會在機電設備的外部電路接入一個電機啟動器來輔助電機啟動，這種啟動器可以幫助機電設備實現(xiàn)軟啟動、軟停車、軟制動功能，使機電設備運行真正做到全過程精度可靈活調控。以籠式固態(tài)啟動器為例，它的主要實現(xiàn)原理是依靠采集電機的電流電壓信號，進行特殊的算法處理后，以三路雙向可控硅作為分流導通控制裝置，同步自適應調節(jié)電機的啟動運行功率的。在啟動器的實際安裝過程中，若是在串入電阻的安裝上出現(xiàn)錯誤，或者電阻本身存在質量問題，那么就會導致啟動器的精度控制功能失效，直接影響機電設備的運行質量。三是斷路器與繼電保護裝置的安裝接線錯誤，前者主要是接線裝配不當，導致斷路器觸頭部位過熱或者熄弧時間被數(shù)倍延長，導致斷路器無法實現(xiàn)投切保護功能；而后者主要是在電流互感器的一次繞組上容易出現(xiàn)安裝失誤，使整個線路中出現(xiàn)開路部位，因局部電壓過大給設備本身與操作人員帶來巨大的風險隱患。四是調壓裝置的檔位故障，如安裝時未能注意到投切檔位的異物卡死，或者異物受潮，從而導致機電設備電壓無法靈活調節(jié)，出現(xiàn)失控運行的不良工況問題。五是機電設備的主變壓器安裝質量過低，或者安裝環(huán)境不理想，因局部受潮或者異物搭接導致變壓器相間短路。另一方面主變壓器安裝時還存在油箱封裝失效的問題，油箱進入異物后導致絕緣冷卻油變質，從而直接導致變壓器的運行效果不佳，進一步引起變壓器被擊穿損壞，產生嚴重的生產事故問題。
3機電工程安裝施工技術問題的應對策略
下面以某食品生產加工廠廠區(qū)的機電安裝工程為例，說明上述三類問題的解決方案：
3.1機電設備的振動抑制與降噪處理
所有機電設備的噪聲問題，都是機電設備本身的轉子系統(tǒng)自振與外殼共振引起的，所以只要在機電工程安裝中解決了機電設備的振動問題，那么噪聲問題自然就可以被合理解決了。分析機電設備的振動問題，它的振動影響主要是由兩個因素共同組成，一是振動振幅，二是振動頻率，所以只要安裝技術可以解決振幅與頻率的任意一處問題，就可以直接降低振動噪聲對機電設備的損傷影響。機電設備的振動頻率主要有兩部分：一是自有頻率，用wn來表示，二是機電設備的激勵頻率，用wv來表示。其中固有頻率是由機電設備的材質形狀、質量、重心分布、和剛度共同決定的，它的計算公式為Wn=■k/m其中k為機電設備的材料穩(wěn)定性，m為機電設備的自重質量。而激勵頻率是指在固有頻率的基礎上，對振動頻率提高起到激勵作用的振動因素。根據(jù)諧振效益原理分析，激勵頻率對自有頻率會起到一定的增幅作用，但它們之間并不是簡單的等比線性增長，只有當wn與wv等值時，這種激勵效果才會最大化，也就是諧振，機電設備處于諧振狀態(tài)時，振幅最大化。由此可知機電設備的底座、螺栓靈活度越高，就越容易配合機電設備完成諧振動作。所以機電安裝施工中想要解決降低振動噪聲問題，首先可以從支架以及裝夾卡固的配套組件安裝質量上想辦法。在原有的機電安裝廠房內，加固改造機電設備的安裝管廊與框架，改善機電設備的安裝條件。懸掛架設的風機、泵組等電機設備的鋼材安裝架、或者落地固定架，在對應的建筑墻體位置上均用膨脹螺絲替代傳統(tǒng)螺栓來固定，并且在螺絲口部墊放一層韌性材料，增加整體框架的穩(wěn)定性。而另一方面，振動抑制措施也同樣重要，當自振頻率與激勵頻率達成如下關系式時，使振動傳遞系數(shù)小于1，即可達到理論隔振阻振效果。λ=wn/wv≥■2式中λ表示為振動頻率比。那么有了上述理論，在振源處消除抑制振動就有了如下對策措施。原廠區(qū)內所有生產線PLC控制驅動的加工設備，主要依靠一種步進電機作為動力系統(tǒng)。在無法徹底消除機電設備自振問題的情況下，通過步數(shù)細分來加倍它的步進頻率，從而增大激勵頻率，使步進電機步與步之間的間距進一步縮小，避免電機的激勵頻率處于1.1414wn。經過步數(shù)細分后，生產設備不再出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。此外在改造廠區(qū)內還存在一類帶有減速帶、傳動裝置的機電設備，在機電設備安裝時主要是從兩個方面來進行振動抑制的優(yōu)化，一是在傳動桿或傳動軸之間加裝一個彈性聯(lián)軸器，使不同的動輪始終處于同心轉動情況下，減小機電設備的自有頻率；二是改變主動輪與從動輪之間的傳動比例，在激勵頻率提高的情況下，將主動輪或從動輪任一的感應自振頻率維持在原來水平，使傳動裝置的兩個機輪振動頻率完全錯開，那么振動損傷自然可以得到抑制。
3.2過電流保護措施
機電工程安裝施工中，為了避免機電設備因過電流問題導致故障損壞，在線路安裝時接入一個繼電保護裝置，若設備存在相間短路或過載等問題，可以由繼電保護裝置跳閘線圈動作切除故障回路。它的安裝原理如圖1所示，當機電設備的電網系統(tǒng)中出現(xiàn)了相間短路問題，或者是出現(xiàn)機電設備本身的非正常荷載因素時，由于局部電路絕緣失效，會引起電流驟增、電壓驟降。那么此時整定電流保護器就可以通過線路選擇投切，按照預設好的延時保護動作連接對應時間觸點，從而將斷路脫扣線圈接入機電設備的電路中，借助脫扣動作使故障斷路部位被隔離切除。此時由繼電器的信號發(fā)射裝置負責將電流保護動作的電信號轉化為光信號與聲信號，完成故障報警功能。這種整定電流保護器可以較好地完成機電設備的過壓與欠壓兩種不良工況的補償功能，如今市面上常見的繼電保護裝置主要有兩種技術類型，一是熱繼電器技術、二是延時電磁繼電保護技術，無論在機電工程的安裝施工中使用哪種技術類型的整定電流保護器，都可以實現(xiàn)對安裝機電設備的過載保護功能，避免因設備過載損壞帶來的經濟損失與生產事故問題。
3.3機電工程安裝施工中的質量檢查
機電設備本身的故障問題，應當引起機電安裝施工人員的充分重視，最大程度避免在機電設備吊裝、搬運、對位安裝過程中出現(xiàn)碰撞。所以在集中配電柜、主變壓器、啟動器等關鍵機電設備安裝時，由施工負責人協(xié)調好人員作業(yè)程序，嚴禁施工人員在機電設備未完全對準安裝框架的情況下，以外力推拉強制送入機電設備就位的不規(guī)范施工行為。同時在機電設備的安裝現(xiàn)場，安排專門的技術人員負責拆箱機電設備的安全質量檢查工作。在機電設備的質量檢查上，將所有出現(xiàn)如下質量問題的機電設備進行了更換或維護處理：機電設備表面有油污、劃痕、煤灰或者外殼破損變形的；機電設備外殼及內部存在明顯受潮、淋水的，或者在機電的合格證部位可以發(fā)現(xiàn)潮氣痕跡的；機電設備的銘牌不齊全、電纜指示牌破損，或是防爆合格證、安全生產許可、出廠合格證以及責任牌等信息存在缺失不全的；設備外觀有明顯銹蝕痕跡、線路絕緣破損失效、開關檔位靈活性較差的；存在明顯漏油、漏氣問題的變壓器以及轉子積灰、異物、漏風的電機設備；雙防鎖失效或者接地保護存在問題的劣質機電設備。在機電設備安裝施工結算期，由電氣專業(yè)與機電專業(yè)的技術人員，共同對不同部位的獨立電氣設備進行調試檢測，并將存在運行問題隱患的設備統(tǒng)一記錄上報給施工質量負責人審批。只有確保機電設備本身的質量不存在隱患問題，才能使機電工程安裝投產后，更好地保障機電系統(tǒng)正常運行。
4結語
綜上所述，在該食品加工廠內的機電工程安裝施工中，主要是針對電機驅動的設備進行了抑振降噪技術改良，在大功率荷載機電設備回路上加裝了繼電保護裝置避免設備過載，以及安裝拆箱時對設備銘牌、合格證明以及外觀破損情況進行了普查，確保了所有安裝機電設備在機電線路中連接良好、安裝固定嚴密、無噪聲振動問題、質量安全可靠。從后續(xù)食品加工廠機電設備運行檢修維護記錄來看，各類機電設備運行故障概率明顯低于以往，說明機電工程的安裝質量與機電設備使用壽命存在密切聯(lián)系。
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作者:石昂昆 單位:浙江圣翔航空科技有限公司
