礦山燒結環冷風機故障診斷

于廣宇，張寶海，張華良（鞍鋼集團礦業公司設備檢修協力中心，遼寧鞍山 114043）

研究與開發

礦山燒結環冷風機故障診斷

于廣宇，張寶海，張華良
（鞍鋼集團礦業公司設備檢修協力中心，遼寧鞍山 114043）

利用便攜式振動檢測設備Leonova與手持設備Ti20熱像儀，對大量燒結環冷風機進行檢測、數據采集與分析，根據標準來評定燒結環冷風機設備的運行狀態，發現具有潛在故障的風機，找出故障來源，提出解決方案，為設備管理者提供科學、合理的維修建議，保證設備穩定運行。

燒結；故障診斷；振動頻譜分析；環冷風機

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

目前，在鞍鋼礦業集團生產運行的大型風機有80多臺，應用于選礦、燒結等生產工藝過程。本文以鞍鋼礦業集團東鞍山燒結廠燒結車間環冷風機為例，對風機故障診斷進行了介紹。該故障診斷方法應用于生產實踐，保證了機械運行良好、生產順行，無安全事故發生。

1　礦山風機振動參數標準

1.1建立振動烈度相對標準的方法

以國際標準《ISO2372》和《ISO3945》為參照，如表1所示，以 《鞍鋼礦山企業風機系統振動標準》和《通風機振動精度（JB/TQ334-84）》［1］為基準，制定用于滾動軸承簡易診斷的標準，可分為以下三種［2］：

（1）絕對判定標準。絕對判定標準是指用于判斷實測振值是否超限的絕對量值。

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

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

表1　國際標準ISO2372與ISO3945

《ISO2372》是在標準和規范規定的檢測方法的基礎上制定的，但在現場環境下，按照規定的方法適用于所有軸承進行振動檢測的絕對判定標準是不存在的。

由于目前企業中運行著數臺機型相同、規格相同的設備，也存在不同種類但本質結構相似的設備，這些設備一旦出現故障，診斷的思路和檢修的方法是類似的。即掌握一種機械檢測技術，可采用類比的方法對其他相似類型機械進行檢測。相同條件下通過現場大量檢測與統計測試會有經驗和規律可循，從中相互比較作出判斷來制定標準，這些類比的標準會更加實用與方便，所以應優先采用類比標準。

1.2建立振動烈度類比標準

建立振動烈度類比標準有以下4個基本原則：

（1）以同類設備中振動狀況最好的設備作為基準（上表中的參考設備）；

（2）從上一年全年的檢測數據中篩選出基準設備的最大振動值和最小振動值；

（3）計算基準值。即基準值=（最大值+最小值）/ 2=平均值。

（4）通過大量現場計算確定參考基線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作為狀態發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，則意味著機械需要修理。

以臨界值設為基本閾值，建立檢測標準。分為良好、合格、較差，如表2所示。

表2　風機振動檢測標準

2　故障診斷

2.1設備概況及測點

鞍鋼集團礦業公司東鞍山燒結廠燒結車間環冷風機的風機葉片為12片，使用傳感器在設備軸承座、電機驅動端兩側進行水平（H）、垂直（V）、軸向（A）三個方向采取測點數據信號，如圖1所示。風機結構及測點如圖2所示，環冷風機設備相關參數如表3所示。

圖1　傳感器測量設備點方向

圖2　東鞍山燒結廠環冷風機系統結構示意圖

2.2疑似故障

從2012年10月份到2013年2月份，鞍鋼集團礦業公司東鞍山燒結廠3#環冷風機軸承座測點1，即風機軸承座（靠近風機端）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，沒有故障征兆。

表3　風機相關參數`

表4　環冷風機軸承座測點1振動幅值前后比較

圖3　環冷風機軸承座測點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月環冷風機軸承座測點1軸向振動頻譜圖

該測點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倍轉頻值相對應，在此波形內引起震蕩。綜上所述，懷疑是不平衡現象引起的。

圖5　2013年2月環冷風機軸承座測點1軸向振動頻譜圖

圖6　2012年10月環冷風機軸承座測點1軸向時域信號沖擊圖

圖7　2013年2月環冷風機軸承座測點1軸向時域信號沖擊圖

2.4軸心軌跡分析

2013年2月檢測時發現風機軸承測點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。因為橢圓形為不平衡現象的特征圖形，又因為該圖有趨向橢圓形的發展，故懷疑是由于風機轉子不平衡而造成靠近風機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冷風機表面發出的紅外輻射，顯示物體表面輻射能量密度的分布情況，利用溫升（溫升=目標溫度-環境溫度）分析該風機。圖9為2013年1月熱成像，當時目標溫度為-5℃。

圖8　環冷風機風機軸承座測點1（靠近風機端）軸心軌跡

圖9　環冷風機熱成像

鞍鋼集團礦業公司設備檢修協力中心采用同機不同期和同期不同機兩種方法進行比較，如表5所示點位1到4分別表示電機軸承兩側、靠近電機軸承和靠近風機軸承。

表5　環冷風機各點位熱成像溫升值變化趨勢　℃

經過同一風機 （3號環冷風機）2012年10月與2013年2月比較，結合同一類風機（1號環冷風機）同一月溫度變化。發現溫度差異最大是在4號點，即靠近風機位置的軸承座處有異常溫度指標。懷疑軸承座、軸、風機轉子之間的連接存在故障，由于摩擦嚴重致使該點溫度升高。結合其他指標，懷疑該故障為不平衡現象，不平衡很可能來源于風機轉子內部某結構。

2.6故障診斷報告

通過幾個月跟蹤，結合振動檢測與熱成像可知：在風機軸承（靠近電機端）頻譜顯示中1X轉頻有明顯突出情況，速度、位移幅值有明顯升高，已經逐漸達到風機振動標準的危險區，時域沖擊信號整體呈正弦波圖形，軸心軌跡近似為橢圓形，初步判斷為風機轉子出現不平衡問題。通過以往經驗及歷史情況，故障極有可能出現在葉片上，應停機檢查風機轉子。

3　現場檢修

3號環冷風機現場拆卸圖見圖10。檢修拆卸后發現，風機葉片上有2個直經約20 mm以上的缺口，磨損嚴重的一端厚度為2 mm，另一端為5 mm，屬于損壞比較嚴重的情況。驗證了頻譜不平衡的現象是由于風機內部結構發生嚴重變化導致的。如果磨損持續下去，將對整個風機造成重要影響。

圖10　3號環冷風機現場拆卸圖

4　維修效果與復查

經過維修后，又對該風機進行了1年的觀察，發現振動值與溫度都在正常范圍內變化，可以認為1年之內該風機沒有再出現類似故障。3號環冷風機各點位熱成像溫升值對比見表6，3號環冷風機振動趨勢見圖11。

表6　3號環冷風機各點位熱成像溫升值對比　℃

圖11　3號環冷風機振動趨勢

5　結語

目前，在鞍鋼礦業集團生產運行的大型風機有80多臺，應用于選礦、燒結等生產工藝過程。通過對關鍵風機實施狀態監測，能及時了解和掌握設備的運行狀態，提前發現設備出現的異常狀況，分析判斷設備可能出現的故障部位及劣化趨勢，查明風機振動異常和導致壽命降低的原因，盡早處理解決問題，使風機恢復正常運行狀態。此外，還可以細化該類風機自身的判定標準，為現場設備點檢標準的制定和設備日常維護提供依據。鞍鋼集團礦業公司設備檢修協力中心故障診斷室會繼續統計更多的設備運行數據，建立更加完善、精確的風機振動檢測標準。

［1］機械工業部石化通用機械工業局.JB/TQ334-84 1984.3通風機振動精度［S］.北京：機械工業部出版社，1984.

［2］胡軍，官文軍.專業點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年畢業于南陽理工學院機械設計制造及其自動化。E-mail:guangyuyu7@163.com

2015-01-29