基于油液監(jiān)測的立磨磨輥故障診斷分析

於迪，賀石中，何偉楚，李秋秋，覃楚東，張馳

(廣州機械科學(xué)研究院有限公司設(shè)備潤滑與檢測研究所，廣東 廣州 510000)

0 引言

立磨通過磨盤和磨輥對物料碾壓粉碎，并且集碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一身，是當(dāng)今原料粉磨的主要系統(tǒng)[1-4]。隨著我國新型干法水泥廠生產(chǎn)線的發(fā)展，立磨在原料的粉磨中得到了廣泛運用。磨輥作為立磨中的關(guān)鍵部件，其使用的軸承均為大型軸承，價格昂貴，維修及更換周期長，一旦出現(xiàn)故障，更換一次磨輥軸承發(fā)生的費用在60萬元以上，使企業(yè)的維修成本大幅升高，更換軸承需要7至10天[5-6]，直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益和維保成本。因此，對于立磨磨輥的維護重在預(yù)防事故的發(fā)生，現(xiàn)場通常會采用多種監(jiān)測技術(shù)來及時了解磨輥的運行狀態(tài)，避免發(fā)生重大故障，影響安全與生產(chǎn)。

油液監(jiān)測技術(shù)作為最常見的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。它是通過分析被監(jiān)測設(shè)備在用潤滑劑(或工作介質(zhì))的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態(tài)的信息，評價機器的工況和預(yù)測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，約有80%的機器零部件都是因為磨損而失效，而且50%以上的機械裝備的惡性事故都是起因于潤滑失效和過度磨損[7]。由于磨輥位于磨機內(nèi)部，工作環(huán)境惡劣，溫度高、粉塵多、振動大、潮濕，其所使用的潤滑油極容易因氧化、污染而導(dǎo)致失效，通過監(jiān)測機器潤滑油的理化污染指標(包括運動黏度、酸值、水分等)和磨損狀態(tài)指標(包括光譜元素分析、PQ指數(shù)、鐵譜分析等)，就能對其進行有效監(jiān)控，及時了解磨輥的潤滑與磨損狀態(tài)，指導(dǎo)現(xiàn)場進行預(yù)防性維護。

本文針對某水泥企業(yè)一條生產(chǎn)線上的原料立磨磨輥軸承的潤滑油進行了跟蹤取樣，對油液的常規(guī)理化性能和磨損指標進行了監(jiān)測，分析數(shù)據(jù)異常的原因，所得結(jié)論對水泥立磨磨輥軸承潤滑與磨損故障的診斷具有一定的指導(dǎo)意義。

1 磨輥軸承的潤滑與結(jié)構(gòu)

該水泥企業(yè)的一線原料粉磨采用MLS立磨。MLS立磨有3個相同的磨輥，磨輥為鼓形，采用球面滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承的組合方式。而磨輥軸承密封采用密封圈密封和正氣壓進行密封。磨輥軸承的密封結(jié)構(gòu)是磨輥軸與耐磨襯套之間采用O型密封圈進行密封，而耐磨襯套與軸承蓋1(如圖1所示)之間用兩個帶彈簧圈的旋轉(zhuǎn)油封來密封，兩個油封之間則用隔環(huán)隔開。旋轉(zhuǎn)油封需要通過軸承蓋1上的油杯定期注入3#鋰基脂進行潤滑密封[8-9]。該磨輥軸承潤滑系統(tǒng)采用油池進行潤滑，使用L-SCKD 1000#合成工業(yè)閉式齒輪油。

密封風(fēng)由帶有空氣濾清器的專門風(fēng)機提供。密封風(fēng)導(dǎo)入磨輥軸承密封區(qū)域，由于立磨內(nèi)部為負壓運行，通過密封風(fēng)正壓來阻止粉塵進入磨損密封件，防止?jié)櫥蛷妮S承向外泄漏；同時還起到降溫作用，防止密封件的老化。軸承結(jié)構(gòu)及密封如圖1所示。

圖1 磨輥軸承結(jié)構(gòu)及密封

2 磨輥軸承的油液監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

自2017年4月起，現(xiàn)場對該立磨的3個磨輥軸承潤滑油開展了定期油液監(jiān)測，每兩個月取一次樣，截止2017年11月30日，共取樣5次，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1～表3所示。

表1 原料磨1#磨輥油液分析監(jiān)測數(shù)據(jù)

表2 原料磨2#磨輥油液分析監(jiān)測數(shù)據(jù)

表2(續(xù))

表3 原料磨3#磨輥油液分析監(jiān)測數(shù)據(jù)

從表1～表3的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，自2017年4月至10月，該立磨磨輥軸承油品理化指標及光譜元素含量緩慢上升，處于正常變化范圍內(nèi)。但在2017年11月份取樣分析時，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)3個磨輥軸承油樣黏度急劇升高，遠遠超出在用潤滑油黏度的允許變化范圍。

(2)磨損元素鐵(Fe)、銅(Cu)含量及PQ指數(shù)明顯增高，且遠超出正常范圍，如圖2所示；污染元素硅(Si)、鈣(Ca)、鋰(Li)含量以及酸值明顯增高，如圖3所示。

圖2 磨輥油樣黏度及金屬元素Fe、Cu含量的變化趨勢

圖3 磨輥油樣污染元素Si、Ca、Li含量的變化趨勢

(3)鐵譜分析在3個磨輥油樣中均發(fā)現(xiàn)大量伴有高溫回火色的鋼質(zhì)磨粒，該種磨粒的出現(xiàn)表明軸承滾子與滾道已出現(xiàn)潤滑不良，另外還發(fā)現(xiàn)黃色的銅合金及透明的粉塵，這反映出軸承保持架以及密封已出現(xiàn)損傷，如圖4所示。根據(jù)油液監(jiān)測分析的結(jié)果，初步判斷3個磨輥軸承油樣受到外界污染，從而導(dǎo)致黏度急劇上升，出現(xiàn)異常磨損。

圖4 鐵譜分析照片

3 故障原因分析

為了找出磨輥軸承油樣的污染來源，對磨輥軸承所使用的新齒輪油、故障油及軸承密封脂進行了黏度及元素光譜分析對比，見表4。

表4 新齒輪油、新密封脂及故障油的元素對比

表4(續(xù))

從表4中的元素分析結(jié)果來看，在用磨輥潤滑油中Fe、Cu、Cr元素為軸承的材質(zhì)所含元素，來源于軸承磨損；而Si、Ca、Li等3種元素在新齒輪油中的含量幾乎沒有或者很少，因此，外界污染應(yīng)該是其主要的來源。

根據(jù)該磨輥軸承的潤滑和結(jié)構(gòu)，以及所處的工作環(huán)境分析，其所受到的外界污染主要有兩種可能：

(1)原料粉塵。原料立磨對原料進行粉磨作業(yè)，該水泥企業(yè)所生產(chǎn)水泥產(chǎn)品是硅酸鹽水泥，所用到的兩種主要原料是石灰質(zhì)原料(主要成分CaCO3)占80%～90%，其次是黏土質(zhì)原料(主要成分SiO2)占10%～20%。從元素分析的結(jié)果來看，在用磨輥潤滑油中的Si、Ca含量主要來源于原料粉塵。

(2)軸承密封脂。該磨輥軸承所使用的密封脂為3#鋰基脂，該脂的皂基為合成脂肪酸鋰，Li含量較高是其主要特征。從元素分析的結(jié)果來看，在用磨輥潤滑油中的Li含量主要來源于軸承密封脂。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Si、Ca、Li含量較高時，故障油品的黏度、磨損元素Fe、Cu、Cr含量也隨之增高，說明原料粉塵、軸承密封脂的污染是導(dǎo)致軸承磨損的主要原因，而且隨著污染程度加深，軸承的磨損也在加劇。

4 處理措施與后續(xù)監(jiān)測結(jié)果分析

現(xiàn)場對事故進行了全面調(diào)查，最終找到了故障原因。原來在2017年10月時，現(xiàn)場對該立磨的磨輥軸承進行了補脂操作，但加脂時未按規(guī)程操作，導(dǎo)致過多的密封脂連同舊脂、污染物一起被擠壓到了軸承腔，污染了軸承腔內(nèi)的潤滑油。過多的潤滑脂和粉塵顆粒使得潤滑油黏度急劇上升，油品流動性變差，影響了軸承的散熱，導(dǎo)致潤滑不良，產(chǎn)生異常磨損。

現(xiàn)場隨即對磨輥軸承進行了拆解檢修，徹底清洗了軸承腔，并更換了新油。換油后再次取樣監(jiān)測，其檢測數(shù)據(jù)見表5。

表5 原料磨磨輥油液分析監(jiān)測數(shù)據(jù)

從表5中的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)場對3個磨輥軸承進行維護處理后，3個磨輥軸承油品的理化、污染、磨損等指標均已恢復(fù)正常。

5 結(jié)語

應(yīng)用油液監(jiān)測技術(shù)，通過油品理化性能分析、光譜元素分析、鐵譜分析等方法，對立磨磨輥油液進行了定期監(jiān)測，一方面發(fā)現(xiàn)油液在使用過程中因受到污染，造成潤滑性能下降，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)異常磨損；另一方面分析查明了污染物來源以及造成污染的原因。應(yīng)用油液監(jiān)測技術(shù)能夠及時監(jiān)測磨輥軸承的潤滑、磨損狀態(tài)，并指導(dǎo)現(xiàn)場進行預(yù)防性維護，保證磨輥軸承的安全運行。