礦山燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)故障診斷

于廣宇，張寶海，張華良（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司設(shè)備檢修協(xié)力中心，遼寧鞍山 114043）

研究與開發(fā)

礦山燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)故障診斷

于廣宇，張寶海，張華良
（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司設(shè)備檢修協(xié)力中心，遼寧鞍山 114043）

利用便攜式振動檢測設(shè)備Leonova與手持設(shè)備Ti20熱像儀，對大量燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)采集與分析，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來評定燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)具有潛在故障的風(fēng)機(jī)，找出故障來源，提出解決方案，為設(shè)備管理者提供科學(xué)、合理的維修建議，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

燒結(jié)；故障診斷；振動頻譜分析；環(huán)冷風(fēng)機(jī)

21世紀(jì)以來，科技水平的高低成為企業(yè)之間主要競爭力的體現(xiàn)。在重工業(yè)企業(yè)中，由于鋼鐵行業(yè)成本的壓力，競爭的核心轉(zhuǎn)為機(jī)械產(chǎn)量多少和性能水平高低。隨著機(jī)械設(shè)備的使用時間逐漸增加，機(jī)械會伴有老化或故障出現(xiàn)，研究機(jī)械使用失效程度、原因及機(jī)理對工程實(shí)踐有重要的參考意義。

目前，在鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)運(yùn)行的大型風(fēng)機(jī)有80多臺，應(yīng)用于選礦、燒結(jié)等生產(chǎn)工藝過程。本文以鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)東鞍山燒結(jié)廠燒結(jié)車間環(huán)冷風(fēng)機(jī)為例，對風(fēng)機(jī)故障診斷進(jìn)行了介紹。該故障診斷方法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，保證了機(jī)械運(yùn)行良好、生產(chǎn)順行，無安全事故發(fā)生。

1　礦山風(fēng)機(jī)振動參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1建立振動烈度相對標(biāo)準(zhǔn)的方法

以國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO2372》和《ISO3945》為參照，如表1所示，以 《鞍鋼礦山企業(yè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動標(biāo)準(zhǔn)》和《通風(fēng)機(jī)振動精度（JB/TQ334-84）》［1］為基準(zhǔn)，制定用于滾動軸承簡易診斷的標(biāo)準(zhǔn)，可分為以下三種［2］：

（1）絕對判定標(biāo)準(zhǔn)。絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是指用于判斷實(shí)測振值是否超限的絕對量值。

（2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)。相對判定標(biāo)準(zhǔn)是指對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障情況下的振值為基準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)。類比判定標(biāo)準(zhǔn)是指對若干同一型號的軸承在相同條件下同一部分進(jìn)行振動檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

表1　國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2372與ISO3945

《ISO2372》是在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的，但在現(xiàn)場環(huán)境下，按照規(guī)定的方法適用于所有軸承進(jìn)行振動檢測的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的。

由于目前企業(yè)中運(yùn)行著數(shù)臺機(jī)型相同、規(guī)格相同的設(shè)備，也存在不同種類但本質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的設(shè)備，這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，診斷的思路和檢修的方法是類似的。即掌握一種機(jī)械檢測技術(shù)，可采用類比的方法對其他相似類型機(jī)械進(jìn)行檢測。相同條件下通過現(xiàn)場大量檢測與統(tǒng)計(jì)測試會有經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律可循，從中相互比較作出判斷來制定標(biāo)準(zhǔn)，這些類比的標(biāo)準(zhǔn)會更加實(shí)用與方便，所以應(yīng)優(yōu)先采用類比標(biāo)準(zhǔn)。

1.2建立振動烈度類比標(biāo)準(zhǔn)

建立振動烈度類比標(biāo)準(zhǔn)有以下4個基本原則：

（1）以同類設(shè)備中振動狀況最好的設(shè)備作為基準(zhǔn)（上表中的參考設(shè)備）；

（2）從上一年全年的檢測數(shù)據(jù)中篩選出基準(zhǔn)設(shè)備的最大振動值和最小振動值；

（3）計(jì)算基準(zhǔn)值。即基準(zhǔn)值=（最大值+最小值）/ 2=平均值。

（4）通過大量現(xiàn)場計(jì)算確定參考基線A值為2.5，以小于1 kHz分量相對基線變化2.5倍（8 dB），即6.25 mm/s作為狀態(tài)發(fā)生重要變化的正常理由；若參考基線上增加10倍（20 dB）即25 mm/s，則意味著機(jī)械需要修理。

以臨界值設(shè)為基本閾值，建立檢測標(biāo)準(zhǔn)。分為良好、合格、較差，如表2所示。

表2　風(fēng)機(jī)振動檢測標(biāo)準(zhǔn)

2　故障診斷

2.1設(shè)備概況及測點(diǎn)

鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司東鞍山燒結(jié)廠燒結(jié)車間環(huán)冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)葉片為12片，使用傳感器在設(shè)備軸承座、電機(jī)驅(qū)動端兩側(cè)進(jìn)行水平（H）、垂直（V）、軸向（A）三個方向采取測點(diǎn)數(shù)據(jù)信號，如圖1所示。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及測點(diǎn)如圖2所示，環(huán)冷風(fēng)機(jī)設(shè)備相關(guān)參數(shù)如表3所示。

圖1　傳感器測量設(shè)備點(diǎn)方向

圖2　東鞍山燒結(jié)廠環(huán)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2疑似故障

從2012年10月份到2013年2月份，鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司東鞍山燒結(jié)廠3#環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1，即風(fēng)機(jī)軸承座（靠近風(fēng)機(jī)端）水平幅值有明顯升高，閾值振幅超過了25。檢測時間段振動幅值如表4所示，軸向振動趨勢如圖3所示。由圖3可知，2012年6月之前振動幅值趨于平穩(wěn)，沒有故障征兆。

表3　風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)`

表4　環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1振動幅值前后比較

圖3　環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1軸向振動趨勢

2.3振動頻譜圖分析

2012年10月到2013年2月振動頻譜如圖4、圖5所示。

圖4　2012年10月環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1軸向振動頻譜圖

該測點(diǎn)1倍頻即12.5 Hz處振動幅值上升，由20 mm/s增加到30 mm/s，增加近1.5倍，趨于惡化。如圖6、圖7時域信號沖擊圖所示，捕捉到有趨于正弦波圖形趨勢，其1個周期大約是（0.8～ 0.6 s）/2.5=0.08 s，1/0.08=12.5與1倍轉(zhuǎn)頻值相對應(yīng)，在此波形內(nèi)引起震蕩。綜上所述，懷疑是不平衡現(xiàn)象引起的。

圖5　2013年2月環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1軸向振動頻譜圖

圖6　2012年10月環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1軸向時域信號沖擊圖

圖7　2013年2月環(huán)冷風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1軸向時域信號沖擊圖

2.4軸心軌跡分析

2013年2月檢測時發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承測點(diǎn)1水平與垂直相位差在90度左右。軸心軌跡圖像如圖8所示。因?yàn)闄E圓形為不平衡現(xiàn)象的特征圖形，又因?yàn)樵搱D有趨向橢圓形的發(fā)展，故懷疑是由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡而造成靠近風(fēng)機(jī)軸承座速度振動幅值急劇升高。

2.5熱成像分析

用紅外熱像儀捕捉環(huán)冷風(fēng)機(jī)表面發(fā)出的紅外輻射，顯示物體表面輻射能量密度的分布情況，利用溫升（溫升=目標(biāo)溫度-環(huán)境溫度）分析該風(fēng)機(jī)。圖9為2013年1月熱成像，當(dāng)時目標(biāo)溫度為-5℃。

圖8　環(huán)冷風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)軸承座測點(diǎn)1（靠近風(fēng)機(jī)端）軸心軌跡

圖9　環(huán)冷風(fēng)機(jī)熱成像

鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司設(shè)備檢修協(xié)力中心采用同機(jī)不同期和同期不同機(jī)兩種方法進(jìn)行比較，如表5所示點(diǎn)位1到4分別表示電機(jī)軸承兩側(cè)、靠近電機(jī)軸承和靠近風(fēng)機(jī)軸承。

表5　環(huán)冷風(fēng)機(jī)各點(diǎn)位熱成像溫升值變化趨勢　℃

經(jīng)過同一風(fēng)機(jī) （3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)）2012年10月與2013年2月比較，結(jié)合同一類風(fēng)機(jī)（1號環(huán)冷風(fēng)機(jī)）同一月溫度變化。發(fā)現(xiàn)溫度差異最大是在4號點(diǎn)，即靠近風(fēng)機(jī)位置的軸承座處有異常溫度指標(biāo)。懷疑軸承座、軸、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間的連接存在故障，由于摩擦嚴(yán)重致使該點(diǎn)溫度升高。結(jié)合其他指標(biāo)，懷疑該故障為不平衡現(xiàn)象，不平衡很可能來源于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部某結(jié)構(gòu)。

2.6故障診斷報(bào)告

通過幾個月跟蹤，結(jié)合振動檢測與熱成像可知：在風(fēng)機(jī)軸承（靠近電機(jī)端）頻譜顯示中1X轉(zhuǎn)頻有明顯突出情況，速度、位移幅值有明顯升高，已經(jīng)逐漸達(dá)到風(fēng)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)的危險區(qū)，時域沖擊信號整體呈正弦波圖形，軸心軌跡近似為橢圓形，初步判斷為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡問題。通過以往經(jīng)驗(yàn)及歷史情況，故障極有可能出現(xiàn)在葉片上，應(yīng)停機(jī)檢查風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子。

3　現(xiàn)場檢修

3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)現(xiàn)場拆卸圖見圖10。檢修拆卸后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)葉片上有2個直經(jīng)約20 mm以上的缺口，磨損嚴(yán)重的一端厚度為2 mm，另一端為5 mm，屬于損壞比較嚴(yán)重的情況。驗(yàn)證了頻譜不平衡的現(xiàn)象是由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重變化導(dǎo)致的。如果磨損持續(xù)下去，將對整個風(fēng)機(jī)造成重要影響。

圖10　3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)現(xiàn)場拆卸圖

4　維修效果與復(fù)查

經(jīng)過維修后，又對該風(fēng)機(jī)進(jìn)行了1年的觀察，發(fā)現(xiàn)振動值與溫度都在正常范圍內(nèi)變化，可以認(rèn)為1年之內(nèi)該風(fēng)機(jī)沒有再出現(xiàn)類似故障。3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)各點(diǎn)位熱成像溫升值對比見表6，3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)振動趨勢見圖11。

表6　3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)各點(diǎn)位熱成像溫升值對比　℃

圖11　3號環(huán)冷風(fēng)機(jī)振動趨勢

5　結(jié)語

目前，在鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)運(yùn)行的大型風(fēng)機(jī)有80多臺，應(yīng)用于選礦、燒結(jié)等生產(chǎn)工藝過程。通過對關(guān)鍵風(fēng)機(jī)實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測，能及時了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的異常狀況，分析判斷設(shè)備可能出現(xiàn)的故障部位及劣化趨勢，查明風(fēng)機(jī)振動異常和導(dǎo)致壽命降低的原因，盡早處理解決問題，使風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。此外，還可以細(xì)化該類風(fēng)機(jī)自身的判定標(biāo)準(zhǔn)，為現(xiàn)場設(shè)備點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)的制定和設(shè)備日常維護(hù)提供依據(jù)。鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司設(shè)備檢修協(xié)力中心故障診斷室會繼續(xù)統(tǒng)計(jì)更多的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立更加完善、精確的風(fēng)機(jī)振動檢測標(biāo)準(zhǔn)。

［1］機(jī)械工業(yè)部石化通用機(jī)械工業(yè)局.JB/TQ334-84 1984.3通風(fēng)機(jī)振動精度［S］.北京：機(jī)械工業(yè)部出版社，1984.

［2］胡軍，官文軍.專業(yè)點(diǎn)檢使用軸承故障診斷法［M］.鞍山：鞍鋼股份有限公司，2008.

（編輯賀英群）

Fault Diagnosis of Circular Cooler for Sintering in Mining

Yu Guangyu，Zhang Baohai，Zhang Hualiang
（Equipment Maintenance Cooperation Center of Ansteel Group Mining Corporation，Anshan 114043，Liaoning，China）

A large number of circular coolers for sintering were checked by the portable vibration testing equipment Leonova and the handheld Ti20 thermal imager for collecting the data to be analyzed.In accordance with the specifications the operating state of the circular coolers for sintering was judged so as to detect the circular coolers with possible incipient failures so that the sources of failures on the part of these coolers and corresponding solutions can be worked out，which can provide the scientific and reasonable maintenance suggestions for the equipment managers to ensure the stable operation of the equipment.

sintering；failure diagnosis；vibration spectrum analysis；circular cooler

TH44

A

1006-4613（2016）04-0016-06

于廣宇，助理工程師，2014年畢業(yè)于南陽理工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化。E-mail:guangyuyu7@163.com

2015-01-29