旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)在煉鋼設(shè)備的應(yīng)用

劉 鵬，馬 波

（1.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司機械動力部，山東 濟南 271104；2.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東 濟南 271104）

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為煉鋼設(shè)備中的重要組成部分，不僅承擔(dān)著整個設(shè)備機體的正常運轉(zhuǎn)任務(wù)，而且運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否良好也直接關(guān)系到煉鋼設(shè)備的產(chǎn)能高低。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度高、持續(xù)運轉(zhuǎn)時間長，導(dǎo)致系統(tǒng)各個零部件的易損率極高，進(jìn)而引發(fā)各種故障，影響正常的生產(chǎn)作業(yè)流程。因此，需要應(yīng)用故障診斷技術(shù)精準(zhǔn)確定故障部位，以制訂科學(xué)合理的維修方案，確保煉鋼設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)。

1 旋轉(zhuǎn)機械故障的產(chǎn)生原因

1.1 設(shè)備磨損老化

煉鋼設(shè)備長期在高溫、高壓、高塵等惡劣環(huán)境下運轉(zhuǎn)，加之持續(xù)運轉(zhuǎn)時間長，設(shè)備內(nèi)部組件運行溫度過高，或者表面灰塵堆積較多，加劇轉(zhuǎn)子磨損、腐蝕速度，進(jìn)而嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命，部分煉鋼設(shè)備老化速度快，導(dǎo)致故障頻發(fā)。

1.2 操作使用不當(dāng)

由于設(shè)備操作人員未經(jīng)過崗前實地培訓(xùn)，在實際操作當(dāng)中，違反操作規(guī)程，盲目對設(shè)備進(jìn)行操控，也是造成設(shè)備故障的一個重要原因。另外，設(shè)備管理人員忽略了維護(hù)保養(yǎng)的重要性，保養(yǎng)頻率過低，不及時清理設(shè)備灰塵、不及時更換或者添加潤滑油，也縮短了設(shè)備使用壽命。

1.3 更換部件不匹配

當(dāng)煉鋼設(shè)備發(fā)生故障時，由于維修人員不了解設(shè)備型號以及各項技術(shù)參數(shù)，或者憑借個人工作經(jīng)驗，更換同類不同型的零部件，導(dǎo)致設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中，由于部件型號不匹配，而誘發(fā)運轉(zhuǎn)故障。另外，在設(shè)備安裝時，安裝人員為了節(jié)省時間，省略了一些關(guān)鍵步驟，比如螺絲緊固、試運轉(zhuǎn)參數(shù)等，以至于埋下重大的故障隱患。

1.4 出廠設(shè)計缺陷

一些新型的煉鋼設(shè)備在出廠之前，由于設(shè)計人員在設(shè)計各項運行參數(shù)時，沒有標(biāo)準(zhǔn)的參照依據(jù)，導(dǎo)致出現(xiàn)諸多設(shè)計缺陷，當(dāng)設(shè)備投產(chǎn)使用后，設(shè)計參數(shù)與實際運行情況嚴(yán)重不符，而冶金企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，不斷對設(shè)備的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這就極易產(chǎn)生事則其反的效果，而引發(fā)旋轉(zhuǎn)機械故障[1]。

2 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)類型

2.1 運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測

旋轉(zhuǎn)機械的核心組織是提供動力能源的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動時具有很強的規(guī)律性，因此，技術(shù)人員可以針對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的時時運轉(zhuǎn)狀態(tài)，對故障部位與類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。但是，由于煉鋼設(shè)備的工況條件較為復(fù)雜，故障產(chǎn)生原因較多，僅僅依靠于目測的方法，很難快速對設(shè)備故障做出診斷。這就需要技術(shù)人員借助于震動檢測器、溫度傳感器或者噪聲傳感器等裝置，收集設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的各項參數(shù)，然后根據(jù)反饋信息繪制成清晰直觀的圖表，這樣一來，設(shè)備每一個運轉(zhuǎn)區(qū)間的狀態(tài)參數(shù)就能夠反映在圖表上面，通過表格數(shù)據(jù)以及圖像參數(shù)特性，能夠?qū)υO(shè)備故障做出精準(zhǔn)判斷，進(jìn)而為后續(xù)維護(hù)工作提供了重要的參考依據(jù)。

2.2 信號收集

傳感器是旋轉(zhuǎn)機械中的智能敏感系統(tǒng)，是煉鋼設(shè)備信號傳輸與處理的關(guān)鍵裝置，因此，及時獲取傳感器的反饋信號，是查找和判斷旋轉(zhuǎn)機械故障的一種較為實用的診斷技術(shù)。由于煉鋼設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之受到機體震動等因素的干擾，傳感器所收集的信號具有不確定性，這就給信息分析的準(zhǔn)確度帶來不利影響，為了提高故障診斷的精確度，技術(shù)人員可以采取多次收集傳感器信號的方法，并經(jīng)過多次驗證，結(jié)合震動強度，查收出危險運行信號，以便于及時發(fā)出故障預(yù)警提示，為維修人員爭取大量時間，排隊故障隱患。

2.3 直觀識別結(jié)合計算機技術(shù)

煉鋼設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機械在運轉(zhuǎn)時，往往遵循一定的運行規(guī)律，對于經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員來說，可以根據(jù)設(shè)備運轉(zhuǎn)時表現(xiàn)出來的異常狀況，直觀判斷出故障類型，確定故障部位。比如旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)噪聲過大，設(shè)備機體震動頻率過高，設(shè)備表面溫度過高等，都說明設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)運行故障。此外，煉鋼設(shè)備智能操控終端的操作人員，也可以結(jié)合計算機技術(shù)，對設(shè)備的異常運行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，然后根據(jù)系統(tǒng)的故障預(yù)警反饋信號，確定故障部位。這種智能化的故障診斷技術(shù)既節(jié)省了人力資源，降低了診斷成本，而且能夠保障正常的生產(chǎn)流程不受影響。

2.4 智能專家系統(tǒng)

目前，多數(shù)冶金企業(yè)在煉鋼設(shè)備上安裝了智能專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要借助于海量數(shù)據(jù)庫中的各種專業(yè)資源，匯集了業(yè)內(nèi)一些頂級專家的故障診斷成果，幾乎囊括了所有旋轉(zhuǎn)機械故障類型，是煉鋼設(shè)備當(dāng)中的一種高效智能診斷技術(shù)。

智能專家系統(tǒng)中，針對旋轉(zhuǎn)機械的各種類型，構(gòu)建了一個完整的故障模型體系，體系涵蓋了轉(zhuǎn)子磨損、轉(zhuǎn)軸破裂、油膜不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)子不對稱等多種故障類型，技術(shù)人員可以根據(jù)這些模型，將設(shè)備的故障類型與其進(jìn)行匹配，如果與某一模型匹配成功，就能夠精準(zhǔn)判斷出旋轉(zhuǎn)機械的故障類型。在數(shù)據(jù)分析與處理時，專家系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了重要的神經(jīng)中樞的作用，該系統(tǒng)類似于人腦的神經(jīng)中樞，具有較強的學(xué)習(xí)能力、故障診斷能力、超強的運算能力以及理性分析判斷能力，進(jìn)而構(gòu)造出與數(shù)據(jù)庫模型類似的故障樣本，快速識別出旋轉(zhuǎn)機械屬于哪一種故障類型。

隨著冶金行業(yè)的迅猛發(fā)展，煉鋼設(shè)備大型化趨勢已經(jīng)無法逆轉(zhuǎn)，而智能專家系統(tǒng)在小型旋轉(zhuǎn)設(shè)備中極易構(gòu)建故障模型，識別精度也相對較高，但是，在大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備當(dāng)中，智能專家系統(tǒng)建立故障模型的難度偏大，這主要是基于大型設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，運行環(huán)境復(fù)雜，缺少較為成熟和權(quán)威的專家數(shù)據(jù)，尤其在旋轉(zhuǎn)機械已經(jīng)發(fā)生的故障類型當(dāng)中，大型機械故障的數(shù)據(jù)庫幾乎相關(guān)成型的數(shù)據(jù)模型。因此，技術(shù)人員在診斷旋轉(zhuǎn)機械故障時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合計算機技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等智能技術(shù)，來進(jìn)一步完善故障診斷技術(shù)體系。

3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)在煉鋼設(shè)備中的應(yīng)用效果分析

3.1 旋轉(zhuǎn)機械故障實例

下面以某煉鋼廠的6000V高壓電機驅(qū)動耦合器為例，對旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)的實際應(yīng)用效果進(jìn)行分析闡述。該耦合器自帶的調(diào)速功能驅(qū)動風(fēng)機葉輪高速運轉(zhuǎn)，在同一基座上安裝型號為JK850-2的整臺機組，該機組的額定功率為850KW，轉(zhuǎn)速為2970r/min，風(fēng)速為750r/min～2970r/min，當(dāng)進(jìn)行爐頂吹氧工序時，風(fēng)機高速運轉(zhuǎn)，其余工序均處于低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.2 振動值測量

在測量機械振動值時，通常在電機上選取兩個測量點，經(jīng)實地測量發(fā)現(xiàn)，第一個測量點的振動幅度大于29768μm，而第二個測量點的振動幅度則小于70μm，這就說明第一個測量點的振動幅度較大。通過對測量結(jié)果的分析，可以判斷出故障類型屬于轉(zhuǎn)子不對稱或者不平衡，因此，電機的第一個測量點極有可能存在異常狀況。但是，如果人為感知第一個測量點的振動幅度，并不能精準(zhǔn)判定該位置存在異常，為了驗證判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以用加速幅值與速度幅值來表示振動值大小，技術(shù)人員經(jīng)過對振動值數(shù)據(jù)的分析，獲得的速度采樣值為403.6mm/s，這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5.5mm/s標(biāo)準(zhǔn)值[2]。

3.3 診斷結(jié)果分析

通過分析頻譜，能夠判定出電機的第一測量點振動幅值波動較大，能量值多集中在0.1倍頻與0.15倍頻之間，由此可以診斷出電機軸承存在一定問題，再結(jié)合振動特征與工作環(huán)境，能夠查找出產(chǎn)生該故障的主要原因是由于熱套配合過盈不足以及動靜件摩擦所致，使得軸承內(nèi)圈發(fā)生松動。為了驗證診斷結(jié)果，當(dāng)電機停止運行后，打開電機后端蓋板，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的斷裂現(xiàn)象，才會引起電機的劇烈振動。

4 結(jié)語

旋轉(zhuǎn)機械故障診斷需要技術(shù)人員具有豐富的實際診斷經(jīng)驗，同時，必須熟練掌握各種診斷技術(shù)，以便于在應(yīng)對較為復(fù)雜的故障類型時，能夠快速查找出故障原因，及時排除故障隱患。煉鋼設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)機械故障發(fā)生頻率較高，不同的故障類型對設(shè)備的損害程度也有所不同，因此，冶金企業(yè)應(yīng)予以高度重視，科學(xué)選擇故障診斷技術(shù)，提前做好各項預(yù)防措施，將旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生故障的幾率降到最低點，在確保煉鋼設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的前提下，為冶金企業(yè)增產(chǎn)、提效、增收提供強大的動力保障。