設備診斷技術在軋機上的應用

欒金偉，倪成斌

（本溪北營（鋼鐵）集團股份有限公司，遼寧 本溪 117000）

1 前言

設備診斷技術是一門以高等數學、物理、化學、電子技術、機電設備為基礎的新興學科，是現代化設備維修技術的重要組成部分，更是新興智能運維系統的核心板塊之一。設備診斷技術對確保設備的安全、保證設備功能精度、提高產品質量、節約維修費用以及防止環境污染等方面均起到重要作用。

設備診斷目的是故障的快速測定、檢測裂化趨勢，選擇有疑難問題的設備進行精密診斷。精密診斷主要功能包括判斷故障位置、原因、程度、檢測鑒定應力和強度，確定最合適的修理方法和時間。

2 背景

某廠兩套單機架可逆軋機為國外設計六輥CVC 形式，主要用于軋制冷硬板和無取向硅鋼板。帶鋼原料規格：1.8 ～3.0mm×750 ～1300mm，帶鋼成品規格0.2 ～1.6mm×750 ～1300mm,最大軋制力18000kN，最大軋制速度1000m/min。主要設備包括開卷機、入口卷取機、6輥機架、出口卷取機及入出口板型輥等。該軋機于2007年投產運行以來，一直處于連續穩定運行狀態，機組負荷率80%左右，機組故障率控制的較好，能夠滿足合同的需要。但近年來設備逐漸進入設備管理浴盆曲線的第三階段，即裂化故障期。設備磨損、腐蝕、疲勞老化等逐漸加劇，致使設備精度降低，生產效能下降，長時間設備故障增多，排除故障的難度逐漸增加，直接導致維修費用和設備運行成本的上升。根據規律，這個階段一方面，是要采取技術改造，引進先進設備和技術替換；另一方面，就是要采取更加精準的設備診斷，持續深度測量設備，進行裂化傾向分析，科學保養。

3 應用

針對該廠單機架可逆軋機的設備構成和設備狀態，結合當前先進成熟的設備診斷技術，對該單機架實施了以下幾項設備診斷技術。

3.1 對卷取機進行振動診斷

卷取機是鋼制結構，與卷筒、軸承及齒輪相配合，同步中壓電機驅動。包含硬化鋼小齒輪和磨光斜齒，合金鋼齒輪帶基齒和軸承組件。驅動軸是齒輪型接手，兩端通過管形隔板連接，齒輪潤滑采取集中稀油潤滑方式。

對軸承和齒輪部位進行周期振動檢測，監測指標為振動位移和加速度，包括軸向、水平及垂直3 點。由專業公司進行檢測，檢測周期6 個月1 次，檢測儀器為SPM 振動分析儀，振動監測參數：底部頻率2000Hz,低限頻率2Hz,頻譜線數3200 線。在年度的一次檢測診斷中，診斷頻譜發現異常。

對振動檢測頻譜分析發現，轉頻幅值占主導，與轉子平衡和基礎剛性不足有關，基礎剛性不足和轉子失衡都是影響時域正旋波的重要因素。雖然振速指標不超標，但時域信號中出現高低起伏的正旋波，加速度頻譜發現微量的高頻率諧波，應是機組由于齒輪嚙合或軸承間隙松動影響了晃動現象出現。

同時，輸入端軸承振幅和加速度均高于標準，據此現場對齒輪箱的底座螺栓進行檢查，對齒輪箱進行解體檢查。經過檢查，排除了基礎剛性不足的影響因素，且解體檢查發現輸入端軸承內圈出現磨損（見圖1），間隙增加。

圖1 軸承磨損圖

更換此軸承后起車，卷筒振動現象消失，設備運行平穩。通過振動的檢測，及時發現了設備隱患并消除，避免了故障的發生。

3.2 對主傳動進行對中診斷

主傳動由萬向軸、主減速機、聯軸器、同步電機組成，主電機和主減速設有安全銷，在力矩過大時，會扭斷安全銷，斷開動力，保護設備。

該單機架軋機2018 ～2019 年運行期間，發生了主電機移位，聯軸器震動大現象。對主電機位置進行調整后，運行3 ～6 個月，又出現移位的情況，同時聯軸器振動逐漸加大。檢查電機及其驅動系統運行正常，檢查軋制工藝正常，檢查軋輥輥系正常，停機解體檢查聯軸器發現，內外齒存在斜角度壓痕（見圖2），聯軸器間隙變大。對此時的主電機與主減速對中精度進行測量，發現對中精度超出標準。

圖2 聯軸器齒壓痕圖

為此在大修時對該聯軸器進行了更換，對主傳動進行了重新對中精度調整。調整后，每月對主傳動對中精度進行復測，從復測數據看（見圖3），主電機沒有再發生移位情況，說明徑向力消失。現場觀測，聯軸器振動平穩，運行噪音正常。

圖3 對中精度檢測結果

據此，分析認為，初期電機發生輕度移位，導致主傳動對中精度超標，從而導致聯軸器振動加劇，長期運行最終損失聯軸器內外齒。聯軸器間隙變大后，反過來影響對主電機有徑向力產生，加劇了主電機移位現象的發生，互相激化。

3.3 對主傳動電機進行綜合診斷

單機架主電機選用中壓同步交流電機，功率6000kW，主電機的維護保養是軋機的重中之重。為此，對主電機采取了綜合診斷儀診斷和直流電橋測量兩種方法診斷。綜合診斷儀診斷報告中定子繞組的檢測數據看到，阻抗偏差46.8 和電感偏差46.8 均較大，但未影響電機正常運行，系受電機定子繞組污染和局部過熱造成。定子繞組污染在58.0%已超標。報告中轉子的檢測數據看到，絕緣為6.48 偏低，也是由轉子污染所致。轉子污染在74.4%已超標。后續對主電機進行了清洗干燥除塵處理及絕緣，主電機運行平穩。

對主傳動電機用直流電橋診斷情況：檢測儀器型號：QJ44；檢測方式：離線斷電；檢測內容：三相直流電阻；檢測結果：定子直流電阻：AB 相0.01829mΩ、AC相0.01830mΩ、BC 相0.01832mΩ，平衡度0.1%。

從定子繞組的直流電阻值和相間的平衡度（＜2%）數值看，均在標準值范圍內，主傳動電機繞組狀態良好。綜合診斷儀診斷指標多，能綜合性體現電機狀態，直流電橋法能直接測量繞組直流電阻，專項診斷精度高，對中壓同步電機，要兩種方法結合進行診斷。

3.4 對主要設備進行安裝精度測量

設備的安裝精度是機組建設初期重點把握的指標，每臺設備及設備之間都要達到設計的安裝精度要求，方可投入聯動運行。但由于長時間的運行，地腳松動及設備腐蝕裂化等因素將影響設備的安裝精度，導致設備安裝精度降低，輕者影響設備功能，重者直接造成設備故障發生。單機架可逆軋機屬于大張力、大壓下力的運行工藝，同時主要設備的安裝精度對軋制工藝影響極大，為此，需要在機組運行5 ～10 年周期間，對機組主要設備安裝精度進行測量校核。圖4 為對機組進行的安裝精度測量報告。

圖4 開卷取、板型輥及牌坊測量公差圖

從圖4 測量報告看，單機架可逆軋機入出口板型輥垂直軋制線精度滿足要求，但水平精度超出范圍，直接影響板型輥檢測板型的精度，進而影響帶鋼板型。后續定修對該軋機入出口板型輥水平精度進行了調整，根據測量的數據增加了墊片，調整后起車，觀察帶鋼板型檢測，與實際帶鋼板型符合。

3.5 對油液進行品質分析

單機架可逆軋機油品有高低壓液壓系統用的液壓油，減速機使用的集中稀有潤滑系統的工業齒輪潤滑油。油品的質量對設備運行穩定性、高精度快響應性能都有很大的影響。所以，在油品控制上，采取了定期對系統油液取樣進行品質分析的手段。由專業點檢現場取樣，送專業實驗室進行品質分析出具報告。

檢測報告給出了連續三年的油液分析數據和使用建議，從表中可以看出，主要指標均滿足使用要求，含水量0.03 遠低于參考值0.20。該報告不僅表明油液的品質良好，同時還說明開卷取及主傳動減速機的狀態良好，未出現啃齒磨損等問題。

圖5 為該單機架六輥可逆軋機高壓液壓系統液壓油分析報告。

圖5 液壓油品質檢測報告

數據看出，液壓油理化指標正常，但污染度等級偏高，油中有少量油泥顆粒污染，影響系統工作的可靠性和有關閥體部件的使用壽命。油品理化指標正常說明該油可以繼續使用，但從污染度程度看，需要加強過濾凈化。拿到報告后，現場一是縮短了高壓液壓系統濾芯的更換周期，二是利用定修集中用高精度的液壓油過濾小車進行外循環過濾，從而延長了油品的使用周期，又降低了污染度，保證了系統工作的可靠性。

3.6 建立在線診斷監測平臺

隨著設備裂化速度的加快，離線的測量方式和周期就不能滿足設備運行的需要，為此有必要對重點設備重點部位建立在線的檢測和監控平臺。通過在線的實時的測量和趨勢分析，能夠及時掌握設備狀態及其裂化趨勢，為精準地建立定修模型和備件儲備提供依據。結合機組特點，計劃對單機架可逆軋機開卷機、入出口卷取機、入出口板型輥、機架主傳動及排霧風機等設備重點部位安裝振動溫度一體傳感器。檢測信號通過網絡傳送到在線診斷檢測服務器，通過監控平臺進行實施監控和定期診斷分析。主傳動配置方案如表1 和圖6，開卷取的配置方案與此相同。

表1 主傳動測點配置方案

圖6 主傳動振動監測點配置圖

在線診斷平臺實時性強，分析功能強，能夠實施觀測到設備的時域與頻域圖，能夠利用功率譜分析法、邊頻帶分析法、倒頻譜分析法及包絡解調法等方法進行深度分析。在線診斷系統是現代化企業設備運行的重要保障手段，更是未來智能運維設備智能診斷的核心模塊。隨著日常運行設備數據（正常和異常的）逐漸積累，逐漸確定出每個設備部位的振動良好標準值，確定出其警告、報警閥值，就能實現設備狀態自動監控診斷功能。根據日常數據變化趨勢及其趨勢變化的速度，就能實現自動建立定修模型功能，最終實現設備最優設備壽命周期管理。

4 結語

近年來，對該單機架可逆軋機機械設備陸續應用了振動及對中診斷，油液品質分析及設備安裝精度測量等技術，對電機采用了綜合診斷和直流電橋測量技術，初步形成了系統的診斷體系。

（1）對減速機軸承、齒輪及電機的軸承進行短周期的振動三指標（振動位移、振動速度、振動加速度）檢測，能實時掌握設備的運行狀態，異常時及時檢查，消滅隱患。

（2）對主傳動及開卷取傳動，每年開展對中精度檢測，接近報警值時及時進行調整，可有效保障傳動設備的安全和機組的運行穩定。

（3）對開卷取及主傳動電機每年兩次綜合診斷，一次直流電橋診斷，既能得到電機綜合狀態，又能對繞組進行專項診斷，根據診斷的結果進行有效的保養，可保障電機的壽命和經濟性。

（4）對主要設備安裝精度要長周期進行精度測量，能對長時間積累的誤差進行發現和消除，從根本上保證設備精度，進而保證產品質量。

（5）對油液品質周期化驗，能夠精準掌握使用周期和診斷重要設備隱蔽部位的運行情況。目前系統取樣化驗的周期是2 年，為了避免因設備或系統異常導致油品品質下降，現場還采取了專業點檢短周期取樣，油品靜置觀察的辦法，一旦出現異常情況，及時診斷系統和取樣化驗。

最終通過將來建立的在線診斷平臺，綜合所有的離線的、在線的檢測數據一起，系統的分析診斷，能更加科學地進行診斷分析。

這些設備診斷技術的應用在保證設備穩定運行的同時，還帶來了其他好處：（1）避免設備事故的發生，減少設備損毀；（2）設備精度得到有效保證，產品質量穩定；（3）定修周期制定合理，避免了設備過修和欠修；（4）機組實現經濟性運行，如通過對中精度檢測調整，降低電能的消耗。通過油液品質分析，確定準確換油時間，降低機組油耗。

設備診斷技術發展至今，已經能夠有效地支撐起冷軋設備的良好運行，需要做的就是根據機組設備的特點，選擇適合的診斷手段，建立自己的標準數據，構建精簡高效的診斷系統，從而實現設備經濟壽命周期最大化。結合該單機架可逆軋機設備診斷技術應用情況，總結出冷軋設備診斷管理實施幾條原則如下：（1）重點設備的※安裝精度要長周期實施檢測調整，這是基礎；（2）重點設備的重點部位要短周期實施振動、對中、動平衡等診斷，掌握設備狀態；（3）診斷從設備良好運行時開始，初期診斷分析標準值從國家標準手冊中查取，但貼合實際應用場景的正常標準值需要從現場測量及分析得到，這是關鍵；（4）采取離線和在線診斷結合的方式，重要的、隱蔽的、運行中難以人為測量的部位應采用在線診斷方式，其他情況可以采取離線診斷方式；（5）診斷要周期性持續開展；（6）建立起長期的診斷數據庫及其分析診斷知識庫，為實現智能診斷和智能運維奠定基礎。