旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在煉鋼設(shè)備上的應(yīng)用

白華， 向忠輝， 彭長(zhǎng)福

（武鋼設(shè)備維修總廠，武漢 430083）

0 引言

當(dāng)前我國(guó)設(shè)備維護(hù)大部分仍采用傳統(tǒng)的周期、計(jì)劃維修，更落后的是還處于事故維修狀態(tài)，這種傳統(tǒng)的方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上生產(chǎn)的發(fā)展及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)節(jié)能和高效的要求。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械如發(fā)電機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等通常具有大型、高速、成本高、連續(xù)工作及處于核心地位的特點(diǎn)，其運(yùn)行狀況好壞直接影響企業(yè)的生產(chǎn)。為了掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，需要研究并應(yīng)用先進(jìn)的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)，以避免突發(fā)故障,從而避免因被迫停機(jī)而影響生產(chǎn)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降。由此可見(jiàn),故障診斷技術(shù)給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，其中旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)就是隨著現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)故障診斷技術(shù)。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的理論基礎(chǔ)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)部件來(lái)完成的，轉(zhuǎn)子是其最主要的部件。旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障的主要特征是機(jī)器伴有異常的振動(dòng)和噪聲，其振動(dòng)信號(hào)從幅值、頻域和時(shí)域反映了機(jī)器的故障信息。利用振動(dòng)檢測(cè)儀器對(duì)異常振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、分析，觀察振動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)診斷設(shè)備的隱患，可避免故障的發(fā)生，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。根據(jù)故障原因和造成故障原因的不同階段，可以將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障原因分為幾個(gè)方面：1）設(shè)計(jì)不當(dāng)；2）零部件加工精度不夠；3）安裝、維修、調(diào)整不當(dāng)；4）工藝參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值；5）機(jī)器劣化，殼體變形等。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的實(shí)際應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷能夠?qū)?qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、非定常強(qiáng)迫振動(dòng)進(jìn)行診斷，產(chǎn)生3種振動(dòng)的原因常見(jiàn)的有轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡、聯(lián)軸器不對(duì)中、轉(zhuǎn)子的靜摩擦、機(jī)械部件松動(dòng)、油膜振蕩、氣流激振、部件脫落、軸承損壞、松動(dòng)、旋轉(zhuǎn)失速和喘振等，診斷結(jié)果能對(duì)設(shè)備檢修指明方向，避免故障的發(fā)生。

例如，某煉鋼廠的煤氣風(fēng)機(jī)由一臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)（6 000 V）驅(qū)動(dòng)耦合器，通過(guò)耦合器進(jìn)行調(diào)速帶動(dòng)由滑動(dòng)軸承支撐的風(fēng)機(jī)葉輪工作，整臺(tái)機(jī)組安裝在同一基座上，如圖1所示，高壓電動(dòng)機(jī)型號(hào)為JK850-2，額定功率為850kW，額定轉(zhuǎn)速為2 970 r/min，頻率約為50 Hz，耦合器型號(hào)為GST50，風(fēng)機(jī)為D1000-11煤氣風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)高速為2970r/min，低速為750 r/min，當(dāng)煉鋼工藝頂吹氧時(shí)，風(fēng)機(jī)為高速狀態(tài)，其它時(shí)間為低速狀態(tài)。

圖1 煤氣風(fēng)機(jī)示意圖

2.1 測(cè)量振動(dòng)值分析

某煉鋼廠按平常測(cè)量振動(dòng)使用幅值來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)值，電動(dòng)機(jī)前端測(cè)點(diǎn)2振動(dòng)正常，在標(biāo)準(zhǔn)值以下（幅值標(biāo)準(zhǔn)為70 μm），電動(dòng)機(jī)后端測(cè)點(diǎn)1振動(dòng)幅值波動(dòng)較大，如圖2，振動(dòng)幅值采樣值高達(dá)29768μm，頻譜分析圖顯示能量主要集中在低頻，最大能量在0.1倍頻左右，其它頻率能量分布較小。圖3振動(dòng)幅值采樣值只有31.6 μm，頻譜分析圖顯示能量主要集中在1倍頻、2倍頻，但是圖2、圖3兩次采集振動(dòng)值時(shí)間間隔只有26 s，從數(shù)據(jù)反應(yīng)可以看出振動(dòng)幅值跳動(dòng)特別大，平常振動(dòng)頻譜分析能量基本上全部集中在1倍、2倍頻上，主要因不平衡和不對(duì)中引起，而且振動(dòng)幅值變化較小，時(shí)域波形圖較規(guī)律。

圖2 后端振動(dòng)幅值1

圖3 后端振動(dòng)幅值2

從振動(dòng)幅值可以初步推斷電動(dòng)機(jī)后端存在異常，但是在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，憑人為感覺(jué)，振動(dòng)強(qiáng)度不明顯，應(yīng)該在正常范圍之內(nèi)。為了進(jìn)一步檢查電動(dòng)機(jī)的使用狀況，考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)2 970 r/min，按標(biāo)準(zhǔn)需使用速度幅值和加速度幅值來(lái)表示振動(dòng)值的大小。測(cè)量時(shí)域波形圖及頻譜圖如圖4所示。

圖4顯示的振動(dòng)速度采樣值高達(dá)403.6 mm/s（標(biāo)準(zhǔn)為5.5mm/s），頻譜分析圖顯示能量主要集中0.1倍頻（5Hz），其它頻率能量較弱。

2.2 分析診斷

通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的位移幅值、速度幅值、加速度幅值進(jìn)行測(cè)量、分析、總結(jié)，可以看出采樣值明顯偏大，且振動(dòng)時(shí)域波形無(wú)規(guī)律，振動(dòng)幅值跳動(dòng)很大，從頻譜分析可以看出，能量主要集中在低頻，包括0.15倍頻、0.1倍頻，概括所用數(shù)據(jù)可以得出電動(dòng)機(jī)后端軸承存在問(wèn)題的結(jié)論。通過(guò)對(duì)不同故障的振動(dòng)特征進(jìn)行分析、總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作環(huán)境，引起振動(dòng)的可能原因初步分析為動(dòng)靜件摩擦或轉(zhuǎn)子熱套配合過(guò)盈不足引起異常振動(dòng)，具體的可能原因是電動(dòng)機(jī)軸承內(nèi)圈與軸之間出現(xiàn)了松動(dòng)現(xiàn)象或軸承本身出現(xiàn)了損傷。經(jīng)停機(jī)后對(duì)電動(dòng)機(jī)后端軸承進(jìn)行開(kāi)蓋檢查，確認(rèn)為軸承內(nèi)圈出現(xiàn)斷裂而引起振動(dòng)異常，如圖5。

圖4 后端振動(dòng)速度值1

圖5 軸承內(nèi)圈出現(xiàn)斷裂

2.3 應(yīng)用實(shí)例結(jié)論

用振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)來(lái)診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的問(wèn)題，如發(fā)現(xiàn)時(shí)域波形圖無(wú)規(guī)律振動(dòng)，而且頻譜分析中能量主要集中在低倍頻（如0.1倍頻、0.15倍頻）時(shí)，但是測(cè)量人員通過(guò)人為在現(xiàn)場(chǎng)感覺(jué)振動(dòng)強(qiáng)度與平時(shí)相差不明顯時(shí)，可懷疑軸承出現(xiàn)了文中所述的相似故障。

3結(jié) 語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷及其分析是非常復(fù)雜的，由于設(shè)備種類(lèi)很多，故障類(lèi)型也非常多。在現(xiàn)實(shí)使用中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)可能是由很多原因共同作用的結(jié)果，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程及相應(yīng)的分析中，要抓住重點(diǎn)，找出振動(dòng)存在的主要原因，為設(shè)備檢修提供方向。從而提高了設(shè)備的使用率，減少了設(shè)備突然發(fā)生故障的幾率，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)能、高效、安全的目的。

［1］ 楊國(guó)安.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2012.

［2］ 何勇，安源勝，武紅霞.旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷［J］.風(fēng)機(jī)技術(shù)，2007（6）：67-69.