狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在立磨減速機(jī)中的應(yīng)用

劉 健

（馬鞍山馬鋼華陽設(shè)備診斷工程有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

立磨機(jī)是一種大型粉磨設(shè)備，它集破碎、烘干、粉磨等于一體，生產(chǎn)效率高。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代新型干法水泥生產(chǎn)線建設(shè)中，立磨占有率超過90%[1]。立磨減速機(jī)是立磨機(jī)的主傳動(dòng)裝置，其安裝在磨機(jī)內(nèi)部的磨盤之下，不僅要傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)磨盤所需的轉(zhuǎn)矩，還要承受磨盤的重量和磨輥對(duì)磨盤施加的研磨力，是立磨中最關(guān)鍵的部件之一，對(duì)生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)起到?jīng)Q定性作用，一旦發(fā)生故障，除設(shè)備維修本身所需的長(zhǎng)時(shí)間和昂貴費(fèi)用外，還直接導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)，使企業(yè)蒙受巨大經(jīng)濟(jì)損失。由于立磨減速機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障前兆是隱性的，日常巡檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往是出了故障后才知道，對(duì)生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)存在著嚴(yán)重威脅。

1 設(shè)備監(jiān)控管理現(xiàn)狀及解決措施

1.1 立磨減速機(jī)振動(dòng)監(jiān)控現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程診斷技術(shù)由于高昂的費(fèi)用和系統(tǒng)日常維護(hù)、數(shù)據(jù)分析均需要專業(yè)人士，以及部分企業(yè)管理者尚未接受智能運(yùn)維的理念等因素，導(dǎo)致其在水泥微粉企業(yè)尚未普及，多數(shù)企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易振動(dòng)測(cè)量和溫度測(cè)量的監(jiān)控方法。

1.2 解決措施

馬鋼嘉華新型建材公司于2017 年委托馬鋼華陽設(shè)備診斷工程有限公司對(duì)其兩條微粉生產(chǎn)線立磨機(jī)（圖1）進(jìn)行周期性振動(dòng)監(jiān)測(cè)。針對(duì)立磨減速機(jī)箱體厚重、剛度大，內(nèi)部零部件失效時(shí)產(chǎn)生的故障信號(hào)傳遞到外殼上的振動(dòng)傳感器時(shí)衰減嚴(yán)重的特點(diǎn)，提出“狀態(tài)監(jiān)測(cè)+精密診斷”的設(shè)備管理方法。其中包含兩方面內(nèi)容：一是專業(yè)化的診斷公司對(duì)立磨減速機(jī)進(jìn)行大周期性（2～3 月/次）振動(dòng)監(jiān)測(cè)、分析，并出具診斷分析報(bào)告，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)啟動(dòng)精密診斷，縮短監(jiān)測(cè)周期；二是現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢，每日使用簡(jiǎn)易振動(dòng)測(cè)試儀測(cè)量立磨減速機(jī)振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)請(qǐng)專業(yè)化的診斷公司進(jìn)行精密診斷。

圖1 立磨減速機(jī)

2 故障診斷應(yīng)用案例

“狀態(tài)監(jiān)測(cè)+精密診斷”設(shè)備管理方法應(yīng)用以來發(fā)揮了很大的作用，下述案例詳細(xì)介紹了通過該方法成功診斷出1#線立磨機(jī)被動(dòng)錐齒輪軸（中間軸）軸承故障，并通過監(jiān)控運(yùn)行使設(shè)備得到了最大化壽命利用，保障企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)按時(shí)完成。

2.1 故障初現(xiàn)

機(jī)組自2017 年4 月進(jìn)行周期性（2 月/次）監(jiān)測(cè)以來，運(yùn)行一直較平穩(wěn)，2018 年2 月8 日現(xiàn)場(chǎng)反映設(shè)備異響，啟動(dòng)精密診斷，測(cè)試發(fā)現(xiàn)減速箱殼體四周軸向加速度波形存在明顯沖擊信號(hào)，沖擊頻率對(duì)應(yīng)減速機(jī)被動(dòng)錐齒輪軸（中間軸）轉(zhuǎn)頻，但整體振動(dòng)能量沒有明顯變化，如圖2 所示。包絡(luò)解調(diào)分析可見接近被動(dòng)錐齒輪軸軸承的特征信號(hào)，判斷被動(dòng)錐齒輪軸軸承很可能存在一定缺陷，使該軸定位存在偏差。

圖2 減速機(jī)殼體軸向加速度波形

為了準(zhǔn)確評(píng)估故障程度及發(fā)展趨勢(shì)，于2 月9 日、12 日、19日對(duì)機(jī)組跟蹤測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：整體情況與2 月8 日測(cè)試情況基本一致，減速箱軸向測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值有小幅上升。

考慮到目前整機(jī)振動(dòng)能量較小，故障出現(xiàn)以來10 d 沒有明顯發(fā)展，建議：現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)運(yùn)行，加強(qiáng)點(diǎn)檢，密切關(guān)注機(jī)組振動(dòng)、溫度及異聲發(fā)展情況。鑒于立磨機(jī)在生產(chǎn)線的重要性，決定對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)性測(cè)試（檢測(cè)周期為1 月/次），通過定期對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析，及時(shí)評(píng)估缺陷情況及發(fā)展趨勢(shì)，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行了10 個(gè)月。

2.2 故障發(fā)展

2018 年12 月19 日周期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)減速箱各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度、加速度值較之前均有所增大（圖3）。為排除負(fù)荷變化的影響，通過生產(chǎn)調(diào)整在9 MPa（90 bar）和8.8 MPa（88 bar）兩種壓力下測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明振動(dòng)受負(fù)荷影響不大。分析認(rèn)為故障缺陷有所發(fā)展，建議加強(qiáng)點(diǎn)檢。

圖3 減速機(jī)殼體軸向加速度趨勢(shì)

2.3 故障惡化

2019 年1 月14 日周期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)立磨機(jī)整體振動(dòng)較上周期有明顯增大。輸入軸各個(gè)方向振動(dòng)速度有效值7～9 mm/s，立磨機(jī)本體各個(gè)測(cè)點(diǎn)軸向振動(dòng)6～8 mm/s，徑向振動(dòng)值約4 mm/s；加速度有效值由之前小于5 m/s2增大到大于10 m/s2。

圖4 為輸入軸軸向振動(dòng)速度趨勢(shì)，可見振動(dòng)速度通頻值較之前有明顯增大，達(dá)到9 mm/s；振動(dòng)時(shí)域波形存在明顯沖擊，沖擊頻率約7.7 Hz。圖5 為振動(dòng)速度包絡(luò)解調(diào)圖，包絡(luò)譜圖中存在7.676 Hz 及其諧波同時(shí)存在微弱71 Hz、142 Hz 等振動(dòng)頻率（軸承NU2256 的內(nèi)圈故障頻率）。輸入軸垂直、水平方向以及減速箱上測(cè)點(diǎn)速度、加速度譜圖都具有類似的特征。

圖4 減速機(jī)輸入軸軸向測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度趨勢(shì)

圖5 輸入軸軸向振動(dòng)速度及其包絡(luò)解調(diào)譜圖

綜合分析判斷：被動(dòng)錐齒輪軸（中間軸）軸承故障近期有快速裂化態(tài)勢(shì)，可能存在內(nèi)圈斷裂，導(dǎo)致軸定位不良，建議盡快停機(jī)檢修。

由于生產(chǎn)任務(wù)繁重，需要繼續(xù)生產(chǎn)一周才能停機(jī)，為避免設(shè)備事故的發(fā)生，制定了應(yīng)急措施：①降負(fù)荷運(yùn)行，即立磨主輥工作壓力不得超過8.6 MPa（86 bar）；②加強(qiáng)點(diǎn)檢，每2 h 測(cè)量減速機(jī)振動(dòng)值，并做好記錄，如發(fā)現(xiàn)振動(dòng)急劇增加，應(yīng)匯報(bào)領(lǐng)導(dǎo)后立即停機(jī)。

另外，為監(jiān)控故障的發(fā)展情況，臨時(shí)安裝一套遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)（圖6），保證機(jī)組安全運(yùn)行至定修時(shí)間停機(jī)檢修。

圖6 立磨減速機(jī)臨時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)

2.4 檢修驗(yàn)證

馬鋼嘉華新型建材公司于2019 年1 月22 日—2 月16 日年修期間更換了存在故障的1#線立磨機(jī)主減速箱，后期打開發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈斷裂，內(nèi)圈存在大面積壓痕剝落（圖7）。

圖7 被動(dòng)錐齒輪軸下端軸承內(nèi)圈斷裂、表面剝落

3 結(jié)語

本次診斷案例，詳細(xì)描述了故障的初現(xiàn)、發(fā)展、劣化及應(yīng)急保產(chǎn)過程，缺陷從早期包絡(luò)中發(fā)現(xiàn)到振動(dòng)加速度、速度通頻值上升，時(shí)間間隔很長(zhǎng)，這期間干預(yù)最好，但容易出現(xiàn)因肉眼看不到明顯缺陷產(chǎn)生的誤判。現(xiàn)場(chǎng)一般不關(guān)心設(shè)備的具體缺陷，只關(guān)心設(shè)備能否運(yùn)轉(zhuǎn)、以及還能運(yùn)轉(zhuǎn)多久，因此有時(shí)在生產(chǎn)任務(wù)和設(shè)備安全之間需要設(shè)備診斷醫(yī)生來平衡取舍，需要承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，才能讓設(shè)備壽命最大化，企業(yè)利益最大化?！盃顟B(tài)監(jiān)測(cè)+精密診斷”設(shè)備管理方法，對(duì)提升立磨減速機(jī)設(shè)備精益管理具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。