基于油液監測的立磨磨輥故障診斷分析

於迪，賀石中，何偉楚，李秋秋，覃楚東，張馳

(廣州機械科學研究院有限公司設備潤滑與檢測研究所，廣東 廣州 510000)

0 引言

立磨通過磨盤和磨輥對物料碾壓粉碎，并且集碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一身，是當今原料粉磨的主要系統[1-4]。隨著我國新型干法水泥廠生產線的發展，立磨在原料的粉磨中得到了廣泛運用。磨輥作為立磨中的關鍵部件，其使用的軸承均為大型軸承，價格昂貴，維修及更換周期長，一旦出現故障，更換一次磨輥軸承發生的費用在60萬元以上，使企業的維修成本大幅升高，更換軸承需要7至10天[5-6]，直接影響到企業的生產效益和維保成本。因此，對于立磨磨輥的維護重在預防事故的發生，現場通常會采用多種監測技術來及時了解磨輥的運行狀態，避免發生重大故障，影響安全與生產。

油液監測技術作為最常見的設備狀態監測技術，廣泛應用于各行各業。它是通過分析被監測設備在用潤滑劑(或工作介質)的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態的信息，評價機器的工況和預測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術。據統計，約有80%的機器零部件都是因為磨損而失效，而且50%以上的機械裝備的惡性事故都是起因于潤滑失效和過度磨損[7]。由于磨輥位于磨機內部，工作環境惡劣，溫度高、粉塵多、振動大、潮濕，其所使用的潤滑油極容易因氧化、污染而導致失效，通過監測機器潤滑油的理化污染指標(包括運動黏度、酸值、水分等)和磨損狀態指標(包括光譜元素分析、PQ指數、鐵譜分析等)，就能對其進行有效監控，及時了解磨輥的潤滑與磨損狀態，指導現場進行預防性維護。

本文針對某水泥企業一條生產線上的原料立磨磨輥軸承的潤滑油進行了跟蹤取樣，對油液的常規理化性能和磨損指標進行了監測，分析數據異常的原因，所得結論對水泥立磨磨輥軸承潤滑與磨損故障的診斷具有一定的指導意義。

1 磨輥軸承的潤滑與結構

該水泥企業的一線原料粉磨采用MLS立磨。MLS立磨有3個相同的磨輥，磨輥為鼓形，采用球面滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承的組合方式。而磨輥軸承密封采用密封圈密封和正氣壓進行密封。磨輥軸承的密封結構是磨輥軸與耐磨襯套之間采用O型密封圈進行密封，而耐磨襯套與軸承蓋1(如圖1所示)之間用兩個帶彈簧圈的旋轉油封來密封，兩個油封之間則用隔環隔開。旋轉油封需要通過軸承蓋1上的油杯定期注入3#鋰基脂進行潤滑密封[8-9]。該磨輥軸承潤滑系統采用油池進行潤滑，使用L-SCKD 1000#合成工業閉式齒輪油。

密封風由帶有空氣濾清器的專門風機提供。密封風導入磨輥軸承密封區域，由于立磨內部為負壓運行，通過密封風正壓來阻止粉塵進入磨損密封件，防止潤滑油從軸承向外泄漏；同時還起到降溫作用，防止密封件的老化。軸承結構及密封如圖1所示。

圖1 磨輥軸承結構及密封

2 磨輥軸承的油液監測數據分析

自2017年4月起，現場對該立磨的3個磨輥軸承潤滑油開展了定期油液監測，每兩個月取一次樣，截止2017年11月30日，共取樣5次，監測數據如表1～表3所示。

表1 原料磨1#磨輥油液分析監測數據

表2 原料磨2#磨輥油液分析監測數據

表2(續)

表3 原料磨3#磨輥油液分析監測數據

從表1～表3的監測數據可以看出，自2017年4月至10月，該立磨磨輥軸承油品理化指標及光譜元素含量緩慢上升，處于正常變化范圍內。但在2017年11月份取樣分析時，數據出現異常，主要表現在以下幾個方面：

(1)3個磨輥軸承油樣黏度急劇升高，遠遠超出在用潤滑油黏度的允許變化范圍。

(2)磨損元素鐵(Fe)、銅(Cu)含量及PQ指數明顯增高，且遠超出正常范圍，如圖2所示；污染元素硅(Si)、鈣(Ca)、鋰(Li)含量以及酸值明顯增高，如圖3所示。

圖2 磨輥油樣黏度及金屬元素Fe、Cu含量的變化趨勢

圖3 磨輥油樣污染元素Si、Ca、Li含量的變化趨勢

(3)鐵譜分析在3個磨輥油樣中均發現大量伴有高溫回火色的鋼質磨粒，該種磨粒的出現表明軸承滾子與滾道已出現潤滑不良，另外還發現黃色的銅合金及透明的粉塵，這反映出軸承保持架以及密封已出現損傷，如圖4所示。根據油液監測分析的結果，初步判斷3個磨輥軸承油樣受到外界污染，從而導致黏度急劇上升，出現異常磨損。

圖4 鐵譜分析照片

3 故障原因分析

為了找出磨輥軸承油樣的污染來源，對磨輥軸承所使用的新齒輪油、故障油及軸承密封脂進行了黏度及元素光譜分析對比，見表4。

表4 新齒輪油、新密封脂及故障油的元素對比

表4(續)

從表4中的元素分析結果來看，在用磨輥潤滑油中Fe、Cu、Cr元素為軸承的材質所含元素，來源于軸承磨損；而Si、Ca、Li等3種元素在新齒輪油中的含量幾乎沒有或者很少，因此，外界污染應該是其主要的來源。

根據該磨輥軸承的潤滑和結構，以及所處的工作環境分析，其所受到的外界污染主要有兩種可能：

(1)原料粉塵。原料立磨對原料進行粉磨作業，該水泥企業所生產水泥產品是硅酸鹽水泥，所用到的兩種主要原料是石灰質原料(主要成分CaCO3)占80%～90%，其次是黏土質原料(主要成分SiO2)占10%～20%。從元素分析的結果來看，在用磨輥潤滑油中的Si、Ca含量主要來源于原料粉塵。

(2)軸承密封脂。該磨輥軸承所使用的密封脂為3#鋰基脂，該脂的皂基為合成脂肪酸鋰，Li含量較高是其主要特征。從元素分析的結果來看，在用磨輥潤滑油中的Li含量主要來源于軸承密封脂。

進一步分析發現，當Si、Ca、Li含量較高時，故障油品的黏度、磨損元素Fe、Cu、Cr含量也隨之增高，說明原料粉塵、軸承密封脂的污染是導致軸承磨損的主要原因，而且隨著污染程度加深，軸承的磨損也在加劇。

4 處理措施與后續監測結果分析

現場對事故進行了全面調查，最終找到了故障原因。原來在2017年10月時，現場對該立磨的磨輥軸承進行了補脂操作，但加脂時未按規程操作，導致過多的密封脂連同舊脂、污染物一起被擠壓到了軸承腔，污染了軸承腔內的潤滑油。過多的潤滑脂和粉塵顆粒使得潤滑油黏度急劇上升，油品流動性變差，影響了軸承的散熱，導致潤滑不良，產生異常磨損。

現場隨即對磨輥軸承進行了拆解檢修，徹底清洗了軸承腔，并更換了新油。換油后再次取樣監測，其檢測數據見表5。

表5 原料磨磨輥油液分析監測數據

從表5中的監測數據可以看出，現場對3個磨輥軸承進行維護處理后，3個磨輥軸承油品的理化、污染、磨損等指標均已恢復正常。

5 結語

應用油液監測技術，通過油品理化性能分析、光譜元素分析、鐵譜分析等方法，對立磨磨輥油液進行了定期監測，一方面發現油液在使用過程中因受到污染，造成潤滑性能下降，導致軸承出現異常磨損；另一方面分析查明了污染物來源以及造成污染的原因。應用油液監測技術能夠及時監測磨輥軸承的潤滑、磨損狀態，并指導現場進行預防性維護，保證磨輥軸承的安全運行。