通過振動狀態監測排查煤磨主減速機故障

古金華

1 前言

我公司利用引進的設備狀態監測與故障診斷技術，成功排查出多起設備故障隱患，提高了設備運轉率，有效降低了生產成本。本文主要介紹利用振動狀態監測技術，發現并解決了1號煤磨主減速機中速軸軸承故障的案例。

2 設備及狀態監測方式基本情況

我公司有兩條5 000t/d熟料生產線，配置兩套?3.8m×（7+2.5）m風掃煤磨。煤磨主減速機為SEW-傳動設備（天津）有限公司生產，型號為ML2PSF120。

我公司采用上海華陽的設備在線監測系統與離線PMS設備點巡檢管理系統（HY-106C手持式測振儀）采集數據、分析時域及頻域，根據設備各部件特征頻率的差異判斷故障情況。

3 油液狀態監測現象

1號煤磨主減速機潤滑油上次更換的時間為2014年5月29日，潤滑油狀態監測方式為離線監測，以季度為周期。在設備正常運轉時從固定油液取樣口取油樣，送至油液檢測實驗室，對油液的40℃運動粘度、總酸值、水分、抗乳化性能、污染度及PQ指數（即潤滑油液中鐵磁性金屬顆粒含量）等理化性能指標進行檢測，通過跟蹤各指標的變化情況來分析潤滑油性能及設備磨損情況。

該減速機每季度油液檢測均未發現異常，PQ指數在10～20之間變化（PQ指數參考值≤50）。所以該設備至發現故障隱患時，油液狀態監測方面未發現異常，未檢測到故障隱患。

4 振動狀態監測現象

4.1 測點布置及符號意義（圖1、表1）

該減速機設置了六個測量部位，每個部位分別對軸向、水平及垂直三個方向進行振動數據的采集，其中軸向及水平方向測量振動速度（6號測點因位置及安全因素未測水平方向振動），垂直方向測量振動速度及加速度。

4.2 減速機頻率（表2）

圖1 ML2PSF120減速機內部結構及振動測量點示意圖

表1 測點符號及意義

表2 減速機頻率信息表

4.3 滾動軸承故障的振動診斷方法說明

滾動軸承故障的振動診斷方法有：簡易振動診斷法，頻譜分析法，倒頻譜分析法，沖擊脈沖法，共振解調法，噪聲分析法等。本文故障診斷案例主要運用的分析方法為前兩項，即簡易振動診斷法及頻譜分析法。下面對這兩種分析方法做簡要說明：

（1）簡易振動診斷法：用某些振動的參數（如峰值指標、峭度指標、脈沖指標等）判定軸承的工作狀態。

圖2 峰值指標圖例

a峰值指標（圖2）：即，峰值與有效值的比值。峰值指標不受振動信號絕對大小的影響，適用于檢測滾動面剝落與裂紋等故障，但不適于檢測磨損。當設備無故障時，峰值指標a≈5，隨著故障的出現和發展，峰值指標上升，b＞10，故障發展到一定程度后又逐步變小至c≈5。

圖3 峭度指標Ku的概率密度函數圖例

b峭度指標Ku（圖3）：指波形的尖峭程度，判斷軸承有無沖擊。當設備無故障時峭度指標為3左右，隨著故障的出現和發展，峭度指標上升至10～15，甚至更高，而故障發展到一定程度后又逐步變小到接近于3。

（2）頻譜分析法：即用軸承的故障特征頻率來識別滾動軸承的故障。當潤滑與安裝都良好的滾動軸承元件發生故障的時候，可能會有軸承的內外圈滾道、保持架或滾動體的缺陷，當滾動體通過缺陷位置時，發生沖擊，而產生周期性故障沖擊脈沖。沖擊發生的周期由缺陷的部位決定，通過測量缺陷的頻率，可以判斷軸承的缺陷發生的部位。

4.4 煤磨主減速機軸承故障分析

2016年12月24日，1號煤磨主減速機在線監測系統及HY-106C測振儀采集的數據，均發現減速箱出現異常沖擊現象。下面分別用簡易振動診斷法及頻譜分析法來判斷故障部位。

（1）簡易振動診斷法

監測發現1號煤磨主減速機5V測點加速度時域波形有明顯的沖擊信號，時域峭度指標指示值高達56.25，峰值指標指示值高達17.91（見圖4）。根據上文4.3（1）內容，推測該減速機內部有某一軸承可能發生局部故障。

（2）頻譜分析法

監測發現1號煤磨主減速機5V測點加速度時域波形圖中出現了間隔頻率為44.7Hz的沖擊信號及間隔頻率為5.6Hz的調制信號，見圖5。對照表2，發現44.7Hz頻率為減速機第二軸軸承22338的內圈通過頻率，而5.6Hz為減速機第二軸的轉速頻率（5V測點加速度數據采集時，設置數據點數為16碼384、頻率帶寬為5 000Hz，所以數據分辨率＝5 000÷（16 384÷2.56）≈0.78Hz）。沖擊發生的周期由缺陷部位決定，說明該減速機的缺陷部位在減速機第二軸軸承22338的內圈滾道上，即：減速機第二軸每轉一圈（即軸承內圈轉一圈），軸承有3個滾動體在軸承受力面通過內圈缺陷部位并形成3次沖擊，而在非受力面時沖擊信號不明顯。在后續的跟蹤監測中發現其測點的振動值也有上升的趨勢。

圖4 5V加速度時域指標

圖6 煤磨主減速機22338軸承內圈滾道損傷圖片

5 檢修確認

我公司窯系統年度大修時間計劃在2017年3月，原檢修計劃無1號煤磨主減速機軸承的更換項目，但因振動狀態監測發現了減速機軸承故障隱患，并有擴展趨勢，所以立即采購該減速機軸承，并在設備大修時進行了更換，確保了1號煤磨在非大修時間的安全穩定運行。圖6為該減速機大修時更換下的第二軸軸承22338的內圈滾道損傷圖片。

6 結語

本文所述故障屬于軸承局部損傷，若通過監測潤滑油中金屬顆粒含量的變化，短時間內較難發現異常，而通過振動狀態監測中能量沖擊的變化及其特征頻率，能更為及時地發現此類設備的故障信息。因此，采用新的技術手段為設備管理服務并不是單一的，多種技術手段的相輔相成才能實現設備管理由定性向定量的全面轉型。■