机电设备运行可靠性分析及安全性提升技术研究

摘要：随着机电设备在工业生产、公共服务等领域中的广泛应用，其运行可靠性和安全性逐渐成为影响系统整体效率与稳定性的核心因素。文章通过分析机电设备运行中常见的可靠性问题及其影响因素，探讨了提升安全性与可靠性的关键技术手段，包括故障预测、系统化维护及智能防护技术的应用，并结合典型案例验证优化方案的可行性与效果。研究表明，综合运用先进技术和优化策略能够有效降低设备故障率，提升运行效率，为行业发展提供科学依据与实践参考。

关键词：机电设备；运行可靠性；安全性提升；故障预测；维护管理

机电设备作为现代工业与公共设施的核心组成部分，其运行状况直接影响着生产效率、能源利用率以及系统安全性。然而，复杂的运行环境和频繁的负荷变化，往往导致设备在长期运行中面临可靠性下降、故障频发等问题，甚至引发严重的安全事故。因此，如何有效分析机电设备运行中的关键影响因素，并通过技术手段提升设备可靠性和安全性，已成为各行业亟需解决的关键问题。本研究基于实际需求，从理论分析与实践应用两方面探讨解决方案，为行业技术发展提供参考路径。

一、机电设备运行可靠性分析

（一）可靠性概念与评估方法

机电设备的运行可靠性是指设备在规定条件下和规定时间内完成特定功能的能力，其直接影响着设备的生产效率和运行安全性。可靠性评估常用的方法包括故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）。FTA通过对设备系统故障路径的逻辑分析，确定影响可靠性的关键因素；FMEA则从单个部件的失效模式出发，预测潜在故障及其后果，为设备设计和维护提供决策依据。

（二）影响运行可靠性的主要因素

设备设计与制造质量、运行环境与负荷条件以及操作与维护水平是影响机电设备运行可靠性的主要因素。设计阶段的不足，如材料选择不当、应力集中部位设计缺陷，都会显著降低设备的可靠性。例如，高温高压环境下的设备若未选用耐高温合金材料，极易导致疲劳失效。此外，恶劣的运行环境如高湿度、高粉尘、强振动等，会加速设备的磨损和老化，频繁启停或过载的负荷条件也会增加故障发生的概率。同时，非标准化操作和维护计划的缺失是人为导致设备故障的关键原因。

（三）典型故障模式及其案例分析

机电设备的典型故障包括电气故障和机械故障两大类。以某制冷系统压缩机为例，常见机械故障为轴承疲劳失效，其原因主要是长期运行中润滑油不足，导致轴承磨损。电气故障则以电机线圈绝缘老化为主，常通过局部放电测试判断绝缘水平的劣化程度。此外，在电梯运行系统中，钢缆松弛及电气控制模块故障是影响安全性的主要问题。通过对故障模式的定量分析，可以指导维修和改进设计。

二、安全性提升的关键技术

（一）故障预测与预防技术

故障预测的核心在于提前识别潜在问题，避免故障扩展和事故发生。常用的技术包括状态监测和基于数据驱动的故障预测模型。状态监测技术如振动分析通过对设备运行时的振动频谱进行分析，发现异常振幅或频率，判断可能的机械故障位置[1]。

基于数据驱动的预测模型则采用人工智能技术，通过长期监测设备运行数据（如温度、转速、电流）建立预测模型。以支持向量机（SVM）为核心的模型在某电厂泵机组故障预测中，实现了90%以上的故障预判准确率。

（二）系统化维护与管理策略

系统化维护与管理策略是提升机电设备运行可靠性的重要手段，包括设备生命周期管理（LCM）和计划性维护优化。在LCM中，设备从设计、制造到报废的全生命周期内应进行系统化管理。例如，某大型制造企业采用基于生命周期的维护策略，定期更换老化零部件并对关键部件进行超声波检测，有效降低了设备停机率。计划性维护优化则依托信息化维护体系，通过物联网技术实现设备的实时监控。在某智能化工厂中，通过物联网终端监测设备运行参数，并结合预设的阈值报警机制，制定精准的计划性维护策略，大幅减少了因突发故障导致的意外停机损失。

（三）安全防护技术的应用

智能化安全防护装置能够显著提升运行安全性。例如，某炼油厂为防止设备超温运行，安装了实时温度监测及自动断电装置。一旦温度超过设定阈值，系统立即停止运行，并向控制中心发送警报。此外，人机协同的安全措施也是关键，如制定详细的操作规范并定期进行演练，在高风险设备作业中配备紧急停机按钮和安全锁具。

三、运行可靠性与安全性的综合优化路径

（一）可靠性与安全性的关联分析

运行可靠性和设备安全性是相辅相成的关系，其中运行可靠性是设备安全性的基础，而高安全性又能有效保障设备的长期稳定运行。例如，在核电站的反应堆冷却系统中，其高可靠性设计是运行安全的关键保障。该系统不仅通过材料选择和结构优化确保了连续稳定运行，还通过冗余设计（如双回路冷却系统）和多层次的保护机制（如温度超限报警和自动停机功能）有效降低了安全事故的发生概率[2]。此外，协同优化运行可靠性和安全性可以形成良性循环。例如，当设备具备更高的可靠性时，其运行状态更趋于稳定，故障概率显著降低，从而减少对安全防护措施的过度依赖；而安全性的提升则为设备运行创造了更为可控的环境，使运行可靠性进一步增强。

（二）综合优化方案设计

综合优化方案设计需要从设计阶段的材料与结构优化以及运行阶段的监测和分析两方面着手，实现可靠性和安全性的全面提升。在设计阶段，通过对材料的精确选择和结构的科学改良，可以从源头上提升设备的可靠性。例如，在高速列车的转向架设计中，传统轴承因材料疲劳失效而影响列车运行的稳定性。通过选用耐磨陶瓷材料，不仅提升了轴承的抗疲劳性能，还延长了其使用寿命，从而有效减少了因材料失效导致的运行故障。

在运行阶段，通过在线监测和大数据分析技术，可以实现设备状态的实时掌控以及问题的精准定位。例如，某化工企业在关键设备上安装了多参数传感器，对设备的振动、温度和压力等关键指标进行实时监控。当某一参数出现异常波动时，系统会自动将该数据与历史运行数据进行对比，并通过数据模型快速定位可能的故障区域。结合传感器的监测结果，该企业能够迅速制定针对性的应对方案，如更换可能失效的部件或调整运行参数，从而避免故障的进一步扩展。

（三）实际应用案例与效果验证

实际案例验证了运行可靠性与安全性协同优化的显著效果。在某钢铁厂的高温鼓风机改造项目中，该厂采用了多项优化措施以提升设备的可靠性和安全性[3]。具体包括：在材料选择上，替换原有普通钢材为高温耐腐蚀合金材料，有效提高了设备在高温高腐蚀环境中的运行稳定性；在监测系统上，加装了智能化在线监测系统，依靠传感器实时采集设备温度、振动频率和润滑油状态等数据，并通过后台分析软件进行故障预测；在润滑系统上，优化了轴承润滑机制，增加了自动润滑设备，以确保轴承能够始终保持最佳润滑状态。

通过这一系列优化措施，该钢铁厂的高温鼓风机的平均无故障时间（MTBF）提高了25%，大大延长了设备的运行周期；故障停机率降低至原来的1/3，显著减少了因停机造成的生产中断。此外，事故隐患数量减少了40%，有效降低了设备运行中潜在的安全风险。

总结：通过对机电设备运行可靠性问题的深入分析以及关键安全技术的探讨，文章提出了有效的综合优化路径。研究表明，通过先进的故障预测技术、系统化的维护策略及智能化防护措施的协同应用，能够显著提高设备运行可靠性和安全性，为行业技术升级提供了重要参考。

参考文献

[1]韦凯.机械设备的管理和维修措施及故障诊断分析[J].模具制造，2024.05.075.

[2]尚榆筌.核电站核岛冷链系统设计优化[D].哈尔滨工程大学，2023.001114.

[3]陈富荣.金属合金高温环境下的耐腐蚀性能与化工设备选材优化[J].化工管理，2024.15.037.