狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在燒結(jié)中的應(yīng)用

尹長軍

(東莞市翔通光電技術(shù)有限公司 廣東東莞 523000)

近年來，國內(nèi)外對狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展也更加迅速?，F(xiàn)階段，狀態(tài)與故障診斷技術(shù)逐漸成為設(shè)備現(xiàn)代化管理重要標(biāo)志之一，同時也是動態(tài)管理重要方法之一。燒結(jié)生產(chǎn)過程中對狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用也越來越熟練，且經(jīng)過不斷總結(jié)、實踐，取得了一定的效果。近幾年，隨著狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)不斷優(yōu)化發(fā)展，發(fā)揮的作用也越來越突出，因此相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分重視狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)的作用和應(yīng)用工作。

1 應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)重要作用

不同設(shè)備從設(shè)計制造到運行維修，如果任何環(huán)節(jié)發(fā)生變化，都可能影響設(shè)備性能甚至出現(xiàn)故障。在不同設(shè)備運行時，受到物理或是化學(xué)作用影響，設(shè)備性能可能會因此發(fā)生變化，從而導(dǎo)致設(shè)備故障的情況，如果不能針對故障采取有效的措施，會對工廠、企業(yè)帶來損失。將狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備運行之中，能夠針對設(shè)備不同方面情況進行深入、詳細(xì)的分析工作，對設(shè)備正常運行有重要作用[1]。

1.1 設(shè)備預(yù)知維修體制的基礎(chǔ)是狀態(tài)檢測

實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知維修能夠很好地提升經(jīng)濟效益。而為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要充分了解不同種類、數(shù)量設(shè)備中的狀態(tài)檢測問題以及精密診斷問題。解決狀態(tài)檢測問題主要是積極發(fā)動現(xiàn)場設(shè)備管理人員，并結(jié)合合理的檢測手段，規(guī)范相關(guān)檢查制度，并有效結(jié)合機械動力從管理層面、技術(shù)層面開展相應(yīng)的監(jiān)督、指導(dǎo)工作，保證正規(guī)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作。有相關(guān)資料顯示，監(jiān)測、分析設(shè)備的振動信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)70%的故障設(shè)備，所以相關(guān)工作人員需要關(guān)注采用何種振動監(jiān)測方法獲取信息數(shù)據(jù)[2]。實際開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測工作過程中，相關(guān)的工作管理人員科學(xué)、合理應(yīng)用測振儀器，借助數(shù)據(jù)記錄掌握設(shè)備運行狀況，并參考計算得出的平均值，與現(xiàn)代化管理相結(jié)合，針對數(shù)據(jù)資料開展回歸分析工作，把握振動發(fā)展趨勢，為制訂設(shè)備檢修計劃奠定基礎(chǔ)。

1.2 診斷技術(shù)有利于促進順利生產(chǎn)

為了增強設(shè)備科學(xué)化管理水平，可以積極優(yōu)化診斷技術(shù)。將精密性高的診斷技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，能夠從一定角度評價設(shè)備的情況，在此基礎(chǔ)上能夠明確故障的出現(xiàn)的具體位置、發(fā)展趨勢，但該種技術(shù)并不適用于設(shè)備高級診斷。相關(guān)工作人員在開展高級診斷工作時，能夠進行全面的數(shù)據(jù)采集和測試工作，并分析處理計算機軟件中的頻譜，從而確定設(shè)備故障問題，并采取有效的措施解決問題。比如：汽輪機一組鼓風(fēng)機機組在大修后出現(xiàn)異常振動的情況，相關(guān)工作人員借助精密診斷儀器和現(xiàn)場測試獲取頻譜圖，在此基礎(chǔ)上明確導(dǎo)致機組異常振動的原因是轉(zhuǎn)子動不平衡，因此需要平衡處理轉(zhuǎn)子運動。再如：電爐除塵風(fēng)機出現(xiàn)異常運行，工作人員現(xiàn)場診斷運行狀況，借助頻譜分析得到機組軸承并不存在異常的情況，問題出在風(fēng)機葉片，主要是由于該位置存在粘結(jié)物，且軸承地腳出現(xiàn)螺絲松動的情況，清理風(fēng)機葉片，擰緊地腳螺絲后，風(fēng)機便恢復(fù)正常運行。

1.3 有利于對運作成本有效控制，提升經(jīng)濟效益

結(jié)合現(xiàn)階段具體情況看,社會主義經(jīng)濟背景下市場競爭更加激烈，每個企業(yè)都需要面臨持續(xù)發(fā)展的問題，為了保障企業(yè)更加長久穩(wěn)定的地發(fā)展，需要對運作成本有效控制，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。同樣對于燒結(jié)工藝而言，也需要控制其中的成本，控制成本的重要措施之一即是保障其中的設(shè)備能夠正常運行，在出現(xiàn)問題后能夠及時被發(fā)現(xiàn)，從而降低因設(shè)備不正常導(dǎo)致故障損壞的情況，如果設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障后才進行調(diào)整和修理，會導(dǎo)致工作人員的勞動強度增加，同時也會提升修理成本。因此，完善運用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，能夠?qū)\行成本有效降低，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 風(fēng)機故障診斷發(fā)展趨勢

信息時代背景下，不同計算機、信息技術(shù)呈現(xiàn)出迅速發(fā)展趨勢，包括數(shù)字信號處理技術(shù)、人工智能技術(shù)等，燒結(jié)設(shè)備監(jiān)測與故障診斷方法豐富性也在不斷提升。風(fēng)機故障診斷發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 分析主分量和次分量

采集多種信號特征能夠明確設(shè)備運行情況。但在較多特征數(shù)量的情況，會出現(xiàn)輸入向量維數(shù)增加的情況，分析工作會變得更加復(fù)雜，計算的難度也比較大，為了完善、簡化分析、判斷過程提升信息量的完整性，可以濃縮、壓縮輸入特征向量的信息量，保障低維空間穩(wěn)定的故障診斷工作。兩種常用的壓縮、濃縮信息的方法為主分量分析和次分量分析。

2.2 故障樹分析法

該種分析方法主要是分析導(dǎo)致系統(tǒng)故障的不同原因，借助總體到部分的方式，應(yīng)用樹狀分支逐級細(xì)化分析的圖形演繹方法，借助邏輯思維，將系統(tǒng)故障與故障原因形成不同組合，明確系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性、影響等方面情況，應(yīng)用計算機系統(tǒng)明確故障的概率，并采取有效的糾正措施。

2.3 模糊理論

在應(yīng)用模糊理論過程中，需要明確設(shè)備故障的系統(tǒng)信息，在掌握系統(tǒng)信息時，需要具體把握專家提出的知識信息、傳感器的數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容。知識信息兼具模糊性特征，同時故障診斷具有不確定性，因此可以將多種診斷方法應(yīng)用到具體的實踐之中，在設(shè)備故障診斷時應(yīng)用診斷參數(shù)、診斷信號等方式，能夠很好地提高對故障診斷的準(zhǔn)確性、可靠性。模糊診斷需要應(yīng)用模糊規(guī)則、模糊語言、先驗知識等內(nèi)容，建立相應(yīng)的故障診斷隸屬度。

2.4 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)將專家知識作為基礎(chǔ)，作為人機系統(tǒng)解決不同方面的問題。與普通專家系統(tǒng)相似的是，故障診斷專家系統(tǒng)具體組成包括工作儲存器、知識庫等。應(yīng)用模擬專家，能夠在一定程度上提升故障診斷的可靠性、準(zhǔn)確性。

2.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顧名思義，主要是應(yīng)用人腦信息處理機制模式形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要由大量簡單的神經(jīng)元連接構(gòu)成，兼具并行、非線性的特點。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不需要借助規(guī)則的表達(dá)，只需要借助傳感器收集的數(shù)據(jù)，促進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練等行為，開展短時間的智能診斷，減少專家依賴的情況。近年來，設(shè)備故障診斷中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用更加廣泛[3]。

2.6 小波變換

小波分析被看作是新數(shù)學(xué)分支，能夠結(jié)合調(diào)和分析、泛函分析、數(shù)值分析、傅里葉分析等內(nèi)容。在實踐應(yīng)用時，小波分析、處理信號有其自身顯著、獨特的優(yōu)點，且具有良好的應(yīng)用前景。

3 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)系統(tǒng)體系

3.1 狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)功能

以狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在主抽風(fēng)機設(shè)備中的應(yīng)用為例，需要經(jīng)過信息檢測、收集、處理、記錄等不同環(huán)節(jié)。功能主要包括處理設(shè)備信息、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、控制設(shè)備以及智能分析。主抽風(fēng)機設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)功能具體包括以下功能。第一，在啟動主抽風(fēng)機之前，需要啟動監(jiān)控，實施準(zhǔn)無人化監(jiān)控，實時監(jiān)控主抽風(fēng)機運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，一鍵式全自動啟動方式。第二，采集并處理數(shù)據(jù)。收集、處理主抽風(fēng)機設(shè)備振動信息，并明確其中有效特征信號，能夠了解設(shè)備運行情況。第三，監(jiān)測主抽風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)。借助數(shù)據(jù)收集、查詢歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)測主抽風(fēng)機運行情況。細(xì)化監(jiān)測參數(shù)為多個不同等級，綜合分析設(shè)備健康運行情況。第四，故障診斷與處理。在系統(tǒng)中促進故障信息庫的建立，為后續(xù)可能存在的故障解決措施提供基礎(chǔ)。第五，人性化人機對話接口，提高系統(tǒng)管理、維護的便捷性。第六，記錄查詢操作行為，并記錄、分析、總結(jié)其中的錯誤，后續(xù)避免出現(xiàn)同樣的問題。第七，查詢設(shè)備電子資料，管理設(shè)備中不同方面的信息數(shù)據(jù)，如打印報警信息報表、操作事件等。第八，通信。明確通信接口，完善相應(yīng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)、局域網(wǎng)，保證不同節(jié)點通訊共同開展的順利性，保證監(jiān)控系統(tǒng)更加方便獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷[4]。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

主抽風(fēng)機主要是齒輪聯(lián)軸器與電動機之間的驅(qū)動，風(fēng)機的心臟位于機殼內(nèi)部安裝的葉輪，原動機是主要驅(qū)動力。設(shè)備啟動后，葉輪開始旋轉(zhuǎn)運動，出現(xiàn)物理變化，機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，設(shè)備吸入氣體后，借由葉輪葉片流道，集中、導(dǎo)流，出現(xiàn)壓差的情況。在具體工藝生產(chǎn)工作中，相關(guān)管理人員需要注意完善對主抽風(fēng)機風(fēng)量的控制工作。以主抽風(fēng)機設(shè)備為例，基于故障診斷系統(tǒng)工作原理以及系統(tǒng)功能需要，能夠?qū)顟B(tài)監(jiān)測與故障診斷總體結(jié)構(gòu)細(xì)分為傳感器、轉(zhuǎn)換器、控制器等相關(guān)儀器組成?，F(xiàn)場操作能夠?qū)崟r、動態(tài)監(jiān)測主抽風(fēng)機運行情況，監(jiān)測的具體內(nèi)容如網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、運行參數(shù)等，也能夠在短時間內(nèi)判斷設(shè)備運行情況，把握對應(yīng)的故障問題、故障原因和處理故障的方法[5]。在設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)檢測工作過程中，主要是主控室開展相應(yīng)的操作工作，并獲得相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)和趨勢、診斷分析故障、分析統(tǒng)計故障設(shè)備等。

4 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在燒結(jié)中的具體應(yīng)用

該節(jié)仍然以燒結(jié)主抽風(fēng)機為例，分析論述狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在燒結(jié)中的具體應(yīng)用。應(yīng)用以往的主抽風(fēng)機設(shè)備診斷技術(shù)，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在較低的經(jīng)濟成本，操作便捷，因此應(yīng)用仍然比較廣泛。

4.1 燒結(jié)風(fēng)機故障類型

4.1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡的原因可能是風(fēng)機設(shè)計到運行過程中的任一環(huán)節(jié)。發(fā)生轉(zhuǎn)子不平衡故障會使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)子中心之間偏差情況超過技術(shù)指標(biāo)。如果風(fēng)機長時間處于轉(zhuǎn)子不平衡的狀態(tài)，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在反復(fù)彎曲后出現(xiàn)機械損耗，并且增加振動和噪音，進一步導(dǎo)致豐富系統(tǒng)發(fā)生故障。

4.1.2 轉(zhuǎn)子不對中

燒結(jié)風(fēng)機常見故障之一，即是轉(zhuǎn)子不對中，具體情況包括偏角不對中、平行不對中以及組合不對中。轉(zhuǎn)子之間借助聯(lián)軸器連接形成軸系傳遞機械能，在安裝機械過程中過大的基礎(chǔ)沉降誤差以及裝配誤差，會導(dǎo)致工作運行時出現(xiàn)熱膨脹、機械形變等情況。

4.1.3 轉(zhuǎn)子碰摩

導(dǎo)致燒結(jié)風(fēng)機系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)情況的重要因素即是風(fēng)機轉(zhuǎn)子碰摩。轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙比轉(zhuǎn)子振動幅值小，會發(fā)生轉(zhuǎn)子碰摩故障。在實際工作運行時，工作人員會為了提高風(fēng)機性能，會降低定子部件與旋轉(zhuǎn)部件之間的縫隙，但上述操作會增大轉(zhuǎn)子碰摩的概率。最初階段轉(zhuǎn)子碰摩故障多為間歇性特征，出現(xiàn)局部碰摩擦，如果振動與沖擊同時出現(xiàn)，會導(dǎo)致二者能力疊加基礎(chǔ)上拓展碰摩擦面積，從而導(dǎo)致碰摩情況連續(xù)出現(xiàn)影響風(fēng)機的正常運行[6]。

4.1.4 油膜渦動與振蕩

油膜振蕩和油膜渦動是風(fēng)機油系統(tǒng)的故障類型，為自激振動。在風(fēng)機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對稱情況下，便會發(fā)生油膜渦動。軸承轉(zhuǎn)速比失穩(wěn)轉(zhuǎn)速大，如果外部出現(xiàn)力的干擾，會沖擊轉(zhuǎn)軸導(dǎo)致其偏離初始位置，從而影響整個燒結(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。發(fā)生油膜渦動故障后，會快速增大轉(zhuǎn)子的渦動速率，導(dǎo)致燒結(jié)風(fēng)機系統(tǒng)出現(xiàn)強烈的振動，并且形成交變應(yīng)力，影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子角頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速之間共振會發(fā)生幽默振動故障。在共振情況下，驅(qū)動電機軸承與燒結(jié)風(fēng)機軸承之間會發(fā)生強烈的撞擊，上述相互作用會導(dǎo)致油膜破裂，還會發(fā)生油膜振蕩。

4.1.5 轉(zhuǎn)軸裂紋

轉(zhuǎn)軸裂紋具體包括橫向裂紋和縱向裂紋，從而引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失效。如果不能及時發(fā)現(xiàn)上述問題，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸斷裂，嚴(yán)重破壞整個燒結(jié)系統(tǒng)，甚至出現(xiàn)設(shè)備癱瘓的情況。在運行過程中，燒結(jié)風(fēng)機會出現(xiàn)應(yīng)力集中效應(yīng)，長時間會導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸裂紋。

4.2 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的具體應(yīng)用

4.2.1 振動監(jiān)測診斷技術(shù)

該種監(jiān)測診斷技術(shù)尤其是應(yīng)用于機械設(shè)備故障診斷。在具體主抽風(fēng)機運行過程中，設(shè)備的狀態(tài)特征能夠反映到振動信息之中，與振動信號位移、加速度等方面信息數(shù)據(jù)有效結(jié)合，并明確時間域和頻率域，掌握設(shè)備不同方面運行情況。借助該技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機具體情況，優(yōu)勢主要體現(xiàn)于較高的精確性以及無損性，在主抽風(fēng)機設(shè)備故障診斷中比較常見。

4.2.2 溫度監(jiān)測診斷技術(shù)

風(fēng)機設(shè)備電機、軸承故障可以應(yīng)用溫度監(jiān)測診斷技術(shù)，在確定設(shè)備位置、組件溫度變化基礎(chǔ)上，明確抽風(fēng)機設(shè)備具體的故障類型。

4.2.3 噪聲監(jiān)測診斷技術(shù)

主抽風(fēng)機設(shè)備在具體運行過程中，噪聲主要是由于機械振動不規(guī)律情況導(dǎo)致的，類似于振動信號頻譜分析，分析噪音信號，能夠在明確噪聲幅值大小、頻率成分基礎(chǔ)上，明確風(fēng)機設(shè)備具體的故障，并采取有效的應(yīng)對措施。

4.2.4 油液磨屑監(jiān)測診斷技術(shù)

狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)也普遍應(yīng)用于診斷主抽風(fēng)機潤滑系統(tǒng)，分析潤滑系統(tǒng)微?？偭?、尺寸分析等方面存在的差異，明確主抽風(fēng)機出現(xiàn)磨損的部位和磨損程度。

5 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用注意問題

5.1 狀態(tài)監(jiān)測能夠應(yīng)用于早期報警

借助狀態(tài)監(jiān)測，能夠作為設(shè)備故障的早期報警。需要注意的是，狀態(tài)檢測需要始終累計數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，提高狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用水平。現(xiàn)階段，部門燒結(jié)生產(chǎn)流程更傾向于應(yīng)用線性回歸方法，精確性有待提升，振動趨勢的可回歸率還需要提升。工作人員在應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測時，最好結(jié)合具體設(shè)備監(jiān)測情況，統(tǒng)計分析大量的數(shù)據(jù)，獲得對應(yīng)的回歸曲線，充分發(fā)揮狀態(tài)監(jiān)測的效能。

5.2 精密診斷應(yīng)用于專門性診斷

在簡易診斷判定存在異常的情況下，可應(yīng)用精密診斷進行專門性診斷工作。開展精密診斷一般需要應(yīng)用不同的測試記錄儀器，具有較大的復(fù)雜性，且相對笨重，具體應(yīng)用過程中相對較為復(fù)雜，且不夠方便，精密診斷又能夠具體分為低級精密診斷以及高級精密診斷。其中，數(shù)據(jù)采集器是低級精密診斷主要應(yīng)用的設(shè)備，能夠具備簡單的包絡(luò)分析和頻譜分析，也能夠存儲數(shù)據(jù)等。設(shè)備振動值較大的情況下，能夠采集數(shù)據(jù)、簡單分析數(shù)據(jù)，具有相對較小的體積、較輕的重量，且應(yīng)用便捷性比較高，能夠在現(xiàn)場應(yīng)用。計算機或是頻譜分析儀是高級精密診斷主要應(yīng)用的設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備的高級診斷工作。

5.3 設(shè)備故障征兆

以燒結(jié)生產(chǎn)中的主抽風(fēng)機設(shè)備為例，在長時間高速旋轉(zhuǎn)的情況下，主抽風(fēng)機設(shè)備很容易產(chǎn)生的故障如摩擦、轉(zhuǎn)子不對中、不平衡等情況。部件損壞、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不偏心等情況很容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。在具體裝配過程中，受到不同因素影響，如材質(zhì)不勻、焊接葉片焊縫重量不同等，進一步導(dǎo)致最開始不平衡的情況。轉(zhuǎn)子不對稱則是因為軸系和轉(zhuǎn)子軸線之間出現(xiàn)軸線角度位移、平行位移或是角度位移與平行位移同時出現(xiàn)的情況。電機或是風(fēng)機與基礎(chǔ)連接松動的情況下，頻譜主要展現(xiàn)于轉(zhuǎn)速速度的高次諧波和分?jǐn)?shù)諧波。為了減少泄露潤滑油、泄露氣體的情況，風(fēng)機設(shè)備的密封與軸承間隙結(jié)構(gòu)都相對較小，風(fēng)機設(shè)備在世紀(jì)運行時，很容易產(chǎn)生靜止部件與轉(zhuǎn)子之間摩擦的問題，對應(yīng)的振動頻譜特征也比較豐富。

6 結(jié)語

綜上所述，該文主要論述分析狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在燒結(jié)中的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容。在燒結(jié)中應(yīng)用狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)，對燒結(jié)工藝發(fā)展以及燒結(jié)生產(chǎn)流程有重要的作用和影響。借助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，能夠及時明確燒結(jié)生產(chǎn)過程中不同設(shè)備出現(xiàn)的故障，并及時采取有效的措施或是方案，有效解決不同設(shè)備中存在的故障，促進生產(chǎn)工作的順利進行。針對其中存在的不足，相關(guān)的工作人員還需要加強相應(yīng)的研究。