煉鋼轉爐傾動機在線振動監測系統與應用

樊建忠

（宣化鋼鐵集團股份有限責任公司 河北張家口）

1.概述

轉爐傾動機構是煉鋼廠的關鍵設備（A類），由于價格昂貴，且預計工作壽命較長，通常沒有備件儲備。轉爐傾動機構如在沒有達到規定使用年限就發生軸承、齒輪嚴重損壞的情況，會給正常生產帶來嚴重的影響。有關統計資料表明，同一批次生產的耳軸軸承，工作最長壽命與最短壽命之比為1∶2.4，差別較大。

由于煉鋼廠鋼產量逐年增加，設備負荷增大。轉爐傾動機構處于非連續、變工況的動態運行狀態，且工況惡劣，一旦停產，損失巨大，開展監測診斷工作，對降低設備維修費用，避免突發事故，有效實施預知維修，具有重要的意義。

為了及時發現故障隱患，進行預知維修管理，宣化鋼鐵集團股份有限責任公司與北京工業大學合作建立了一套針對轉爐傾動機構的在線監測系統，以及時獲取設備振動信息，防止關鍵零件突然失效，使設備運行在可控狀態之下，合理地安排備件儲備和制定設備維修計劃。

該系統采集的振動信息，也為企業實施企業資源管理（ERP）設備管理子系統奠定了良好基礎。

2.在線振動監測系統主要功能

轉爐傾動機構在線狀態監測系統主要進行轉爐傾動機一次減速機和轉爐耳軸的振動、轉速、電機電壓和電流等信號的實時采集，在運行異常時及時報警、具有動態信號分析與追憶功能。該系統是上下位機結構，下位機用于采集振動、電壓、溫度、壓力，數據預處理和保存；上位機對參量指標實時波形顯示，狀態超限報警，信號趨勢分析，振動信號時頻分析，數據信息查詢。

該系統具有數據采集和分析功能，在軟件中可將儀器設置為連續采樣，振動超限采樣和整點采樣等方式，所采集的數據按一定的存儲方式進行保存，方便振動數據分析，如時域分析、自譜分析、包絡分析、幅值統計等，同時也可進行振動趨勢顯示，直觀顯示出長時間范圍內測點振動值的變化趨勢。主要功能如下。

（1）狀態監測報警。通過振動測量對設備運行狀態進行監測，并對設備狀態的變化做出預測，以實現運行全過程中設備狀態的動態管理。幅域指標的報警，在監測指標窗的畫面中，以振動幅值的底色來表示振動指標狀態是否正常（白色表示振動指標狀態正常，橙色表示振動指標超限）。

（2）趨勢分析。對運行機組的振動數據進行記錄，觀察故障趨勢（圖1），根據情況安排檢修。

圖1 趨勢分析

（3）時域信號分析。時域波形：顯示各測點振動的波動曲線，根據波動曲線觀察振動分布和大小；概率密度分析：提供振動幅值分布狀態，進行比較，提取故障特征和識別模型（圖2）；相關分析：包含自相關和互相關，用于分析測點時序的關聯性，比較振動信號時域的規律性，排除隨機振動的干擾，發現周期成分。

圖2 時域波形和概率密度

圖3 幅值譜分析

圖4 自功率譜與相位譜

（4）頻域信號分析及非穩態分析。幅值譜分析：振動信號的有限或無限個簡諧函數標識的方法，反映振動信號x（t）各簡諧成分的幅值與其頻率的關系（圖3）；自功率譜分析：自相關函數的功率譜，標識振動信號中各諧波分量的頻率和能量的關系（圖4）；互功率譜分析：互相關函數的功率譜，顯示不同測點之間共有的諧波成分和能量的關系；倒譜分析：突出主要頻率成分，識別復雜頻譜圖結構中的各組成分量；瀑布圖：以時間為序列連續地反映在不同條件或不同的時間周期，其頻譜變化的規律；小波分析：將非穩態的信號分解后返回到時域，結合頻段的濾波，重組波形的時頻分析手段。

圖5 振動峰值趨勢

圖6 振動有效值趨勢

圖7 振動峭度趨勢

圖8 轉爐耳軸傳動側軸承測點振動波形（異常）

3.應用實例

2007年12月1日，某廠耳軸傳動側軸承的振動幅值開始增大，而非傳動側軸承振動幅值一直穩定。

從圖5和圖6可以看出振動峰值和有效值有3次較大的沖擊，峰值最高達到58 m/s2，有效值最高達到44；從圖7中可以看出振動峭度指標有多次沖擊，最高達到4。圖8顯示，在2007年12月1日9時轉爐耳軸傳動側軸承振動出現異常，時域幅值從1.5 m/s2升到了15 m/s2，頻域幅值也從1.2 m/s2增大到2.5 m/s2。

圖譜和數據分析說明，轉爐耳軸運行狀態異常，存在故障隱患。12月11日開箱檢查，發現滾動體破裂3個，軸承內外圈均有大面積點蝕，檢查結果與診斷分析相符。