旋轉機械故障診斷技術在煉鋼設備的應用研究

李 震

（河北鋼鐵股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

我國的經濟在飛速發展，國家也在大力發展基礎設施建設，對鋼鐵的需求量日益增加，煉鋼廠為了滿足市場需求，必須不斷擴大生產線的規模，因此會引進很多煉鋼設備，但是受限于環境和員工操作意識，在日常生產當中，會出現煉鋼設備故障的情況。傳統的設備維修方式是壞了才修，但是這樣的話就會降低煉鋼生產的效率。煉鋼廠針對這種情況也在不斷改進技術設備，引進新的診斷技術，提高煉鋼的效率，引進旋轉機械故障診斷技術就是煉鋼廠進行維修制度改革的重要舉措，旋轉機械故障診斷技術對于檢測煉鋼設備的狀態，及時發現問題有很重要的警示作用，可以幫助員工及時發現設備存在的問題，及時處理，保障煉鋼生產進度。

1 旋轉機械故障診斷技術的理論基礎分析

旋轉機械故障診斷技術的核心是轉子預警，轉子是旋轉機械的重要組成部分，利用轉子狀態監測機械故障，就是通過轉子的運轉現象來反映設備故障信息。當設備運行的時候，轉子表現出異常聲響和振動時，通過觀察振動信號的特點就可以看出設備的故障情況，然后使用檢測儀就可以有效檢測故障位置，收集故障相關信息數據，技術人員通過對數據進行分析整理，就可以發現故障的真實情況，及時對故障進行維修和清除，避免設備繼續使用造成更大的損傷。通過分析檢測數據明確機械設備產生故障的原因，一般這些原因是集中在設備出現變形和老化的現象；設備自身存在一些設計缺陷；設備沒有定期進行檢修；設備內部零件出現誤差，在精準度方面沒有保證等問題。

2 煉鋼設備旋轉機械的故障類型

2.1 儀器松動

儀器松動是煉鋼設備在日常生產活動中比較容易出現的故障之一，儀器松動比較長出現的兩種形式是：螺栓松動和構件之間的松動這兩種。螺栓松動是整個儀器在運行中螺栓經過長時間的工作造成松動現象；構件之間的松動是配合方面出現松動現象，比如軸承和滾圈、軸承和內圈之間出現松動等。松動現象是正常的，但是也是不能忽視的現象，如果出現松動但是沒有及時進行處理，就會導致整個設備出現問題。

2.2 轉子不平衡

轉子是旋轉機械的重要構件，起著至關重要的作用，轉子方面出現問題，對于整個設備狀態會產生巨大的負面影響。轉子不平衡是旋轉機械核心部件出現問題的根源所在，轉子之所以會產生不平衡的現象，主要原因是配件長期損耗或者轉子材質不合格，轉子零件松動也會造成轉子不平衡的現象。轉子不平衡的現象也包含兩種情況，動態失衡和靜態失衡。轉子不平衡會產生異常的振動規律，也算是有跡可循，所以就需要工作人員注意觀察轉子狀態，及時發現轉子問題。

2.3 摩擦

摩擦也是引發旋轉機械故障的重要原因之一，包含的形式也比較多，比如轉子和隔板之間的摩擦、定子之間的摩擦、密封件之間的摩擦等[1]。摩擦在振動方面也會產生征兆，但是摩擦久了可能會生成特定的振動頻率，容易被人們忽略，繼續長時間的發生，會對整個設備及零件造成損害，需要加強監測力度和頻率，及時發現摩擦問題，可以通過增加潤滑來防止設備和零件產生摩擦現象。

2.4 轉子不對中

轉子不對中可以說是在煉鋼生產中引發故障的重要因素之一，甚至在其他工業生產中也容易引發問題。在滑動輪軸方面，造成轉子不對中的主要原因是沒有使用油膜或者油膜沒有起到保護軸承的作用；在滾動輪軸方面，造成轉子不對中現象的主要原因是軸承的零件損壞，如果忽視零件損壞的問題，就會對整個輪軸造成嚴重的質量問題。轉子不對中，會加重機械的損壞情況，造成噪音和異常振動的現象發生。

3 旋轉機械故障的危害

煉鋼企業不斷擴大規模，增加煉鋼生產線和設備，并且整個生產流程基本依靠設備才能實現，因此煉鋼設備很容易遭到損壞，發生故障問題。煉鋼企業在增加設備投入的時候，沒有建立檢修和故障排除的配套機制，存在設備沒有定時檢查維修的情況。這樣的狀態會對企業的正常生產計劃產生負面影響，嚴重的話還會造成企業的重大經濟損失，一旦設備出現問題需要返廠維修，就會拖慢生產進度，影響訂單交貨，造成經濟損失不說，嚴重的話還會造成人員傷亡。因此，煉鋼企業在生產制造的過程中，一定要提高檢修意識，定期對煉鋼設備和機械進行狀態檢查，出現問題及時送檢、及時維修，不能等到設備出現大的問題在進行檢修那樣的話就會對企業造成比較大的影響，一定要提前做好檢修工作，尤其是針對核心部件要加強旋轉機械故障診斷技術的應用，提高檢修效率，保障日常生產。

4 旋轉機械故障診斷技術概述

4.1 狀態監測

旋轉機械故障診斷技術最重要的工作就是監測設備的運行狀態，通過狀態監測可以實現監控設備運轉的目的，這樣也能保證及時發現設備的異常狀態。由于煉鋼設備的復雜性，導致傳統的人工監測會存在盲區和誤差，影響設備監測的準確性，利用狀態監測系統就可以很好的進行實時狀態監測，然后通過數據收集和分析，降低故障發生的頻率。主要的檢測方法是利用轉子的特性安裝振動監測裝置還有安裝溫度傳感器，通過轉子運行狀態和溫度來監測設備的運行狀態[2]。設備的監測方式可以分為在線監測、巡回監測、不定期監測這幾種方式。狀態監測可以完成實時監測的要求，并且自動匯總記錄檢測結果，然后判斷設備運轉情況，避免設備檢修盲區。

4.2 信號處理

旋轉機械故障診斷技術相較于傳統人工診斷最大的優勢是可以對收集的數據進行整理和分析，這樣既可以節省人力，又可以保證數據的準確性。煉鋼設備一般都比較復雜，設備的體積也比較大，利用旋轉機械故障診斷技術對整個設備進行診斷，收集到的數據也比較多，存在很多正常數據和無用數據，必須對這些數據進行篩選，才能得到有價值的信息。傳感器采集到的設備數據比較多，診斷程序一般不能對這些信息進行系統化的整理，需要工作人員進行分析總結工作，但是為了避免工作人員出現失誤造成誤差，在進行旋轉機械故障診斷的時候，可以建立數據信息庫，收集有用的信息進行整理建模，這樣在之后的診斷中，就可以利用數據庫信息對診斷數據進行篩選和處理，這樣可以降低工作人員的壓力也可以提高工作效率和準確度，數據庫還可以設置自動分析功能和預警機制，當檢測出異常時可以自動報警，讓工作人員第一時間發現故障解決故障。

4.3 故障識別方式

機械設備在運轉的時候一定會產生噪音和振動，這種噪音和振動某種程度上可以幫助工作人員觀察設備的運轉狀態，如果設備運行時出現噪音過大或者振動幅度過大的現象，很大的可能就是設備故障引起的。因此，需要提高對這些異常現象的重視程度，利用現代化技術檢測設備運行情況，建立完善自動監測、自動預警系統，取代傳統人工監測和維修的體制，這樣可以在一定程度上釋放勞動力、緩解工作人員的工作壓力，還可以保證監測的準確性和及時性。

5 旋轉機械故障實例介紹

在煉鋼生產中，利用震動狀態進行故障診斷是很常見的現象，正常情況下，設備的運轉都是有規律的，一旦出現不正常的規律，極大程度上可是能設備出現了異常。以下列舉幾種振動異常的情況：

（1）如果出現單一持續的波動異常，很有可能是軸承出現了一定的問題。

（2）如果振動比較輕微但是卻高于正常狀態下的振動狀態，可能是轉子軸承缺少潤滑導致的。

（3）如果出現比較大的噪音，可能是由于機械零件脫離主體造成的。

（4）對于主要部件的軸承要安裝轉速監測裝置，一旦發現軸承轉速出現異常，要停止機械運行，對整個設備狀態進行仔細檢查和分析。

6 旋轉機械故障診斷中包含的智能化技術

6.1 專家檢測系統

專家檢測就是利用專家的專業知識完善數據庫系統的知識內容，通過匯總設備信息，專家可以對現有的數據庫進行數據完善，提高數據庫的覆蓋范圍和數據內涵。專家系統數據庫主要還是為設備故障檢修服務的，專家通過完善數據庫數據可以幫助系統提高檢修效率，提高對設備故障判斷的準確度。通過數據庫數據判斷設備的故障程度，輕度的話可以進行自檢自修，重度的話就需要停止運行系統的方式來保護設備不受到更大的損壞。

6.2 智能診斷系統

智能診斷系統對于設備故障檢修的作用就好比殺毒軟件對于電腦系統的作用，都可以對運行狀態進行自檢，智能分析異常部位和原因，通過智能分析，找到痛點，為檢修做準備。智能診斷系統可以針對產生故障的位置，進行原因分析，利用計算機技術收集故障信息，進行設備系統維護，并且生成維護報告，為之后的故障經驗積累奠定數據基礎，促進旋轉機械故障診斷技術的全面發展，也為煉鋼設備故障積累經驗，提高下次解決問題的效率。

6.3 旋轉機械設備故障樣本分布

技術的發展和成熟是在數據收集積累的過程中不斷實現的，要想促進旋轉機械故障診斷技術的發展和成熟，就必須不斷收集分析設備故障信息，常見的設備故障主要有軸斷裂、油膜失穩、轉子磨損等現象，工作人員可以日常生產過程中建立完善故障數據信息庫，為故障診斷和檢修積累數據基礎。工作人員對于設備的監測和檢修機制可以憑借數據庫信息，結合智能故障診斷技術，添加故障預警系統，這樣就可以有效發現并且解決故障。煉鋼設備的設計技術在不斷發展，為了可以跟上設備發展的步伐，旋轉機械故障診斷技術也要不斷發展，提高故障診斷的精確度，保證生產線穩定生產，促進煉鋼廠的經濟發展。

7 結論

面對鋼鐵市場的巨大需求，煉鋼廠必須保證生產量，在確保生產量的同時加強對煉鋼設備的重視程度，改變傳統設備檢測和維修的習慣，及時對設備進行檢測，避免設備故障產生，造成企業的經濟損失。在信息化時代的背景下，煉鋼企業需要加強信息化科學技術和設備檢修的結合，利用新技術完成設備自檢和維修。企業需要積極引入旋轉機械故障診斷技術，并且大力推行這項技術，利用專家和企業內專業員工的知識和技術加強企業設備故障信息庫，為智能故障處理系統收集數據，添加自動預警系統，幫助企業員工及時發現設備存在的異常和問題，及時解決設備故障，保障企業日常生產活動，促進新技術的經濟轉化率，完成鋼鐵的現代化生產轉型。