旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在金屬冶煉設(shè)備中的應(yīng)用

金志歡，金 鑫，江 超

（江蘇永鋼集團(tuán)，江蘇 蘇州 215628）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，企業(yè)為尋求更大經(jīng)濟(jì)效益，就必須要在生產(chǎn)運(yùn)行中，加快轉(zhuǎn)型，以逐步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并逐漸增加生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量。但是設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程，卻容易因?yàn)楦黝愐蛩赜绊懙缴a(chǎn)，尤其是大型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，其使用周期連續(xù)、速度高，使得企業(yè)生產(chǎn)中往往處在生產(chǎn)的核心地位，因此，必須要重視旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障診斷工作，確保生產(chǎn)事故可控，謹(jǐn)防出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失。

1 診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障概述

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，轉(zhuǎn)子是核心部件，一旦發(fā)生生產(chǎn)故障，轉(zhuǎn)子就會(huì)出現(xiàn)異常，促使機(jī)械設(shè)備發(fā)出與常規(guī)作業(yè)不同的噪聲與振動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)的特征值，如信號(hào)的時(shí)域、頻域等可以還原機(jī)械設(shè)備的故障信息[1]。在實(shí)踐中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械出現(xiàn)故障一般的原因有機(jī)械殼體的變形與老化、設(shè)計(jì)工藝參數(shù)與標(biāo)注參數(shù)之間差異過(guò)大、安裝與調(diào)試不當(dāng)以及零部件制作偏差，少數(shù)情況下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備頻出，也有可能與其設(shè)計(jì)不當(dāng)有關(guān)。

2 診斷儀器選擇與配置

通過(guò)分析其振動(dòng)的頻率以及沖擊次數(shù)，來(lái)按照規(guī)定范圍進(jìn)行比較，判斷設(shè)備的異常情況[2]。如今，隨著儀器智能化程度的逐漸提升，這種分析儀器也開始與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)，協(xié)同工作，應(yīng)用的范圍與空間也被拓寬。溫度測(cè)量分析儀器也是常見的一種診斷儀器，其測(cè)量針對(duì)的主體是固體、液體或氣體三種形態(tài)的物質(zhì)的溫度，按照其溫度差來(lái)判斷儀器的故障情況。其往往可以與紅外熱像儀結(jié)合，檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的機(jī)體溫度，來(lái)排出熱反應(yīng)引起的設(shè)備故障。本文主要研究的是振動(dòng)檢測(cè)儀器，討論旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在故障設(shè)備中的應(yīng)用。

3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在金屬冶煉設(shè)備中的應(yīng)用

（1）監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)其狀態(tài)，是故障診斷的關(guān)鍵方式之一，在金屬冶煉設(shè)備中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般可以按照監(jiān)測(cè)的時(shí)間和方式分為不定期監(jiān)測(cè)、巡回監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)，操作人員可以實(shí)時(shí)了解設(shè)備的狀態(tài)。如今旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中的數(shù)據(jù)主要通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)收集設(shè)備進(jìn)行，隨著科學(xué)技術(shù)手段的逐漸提高，檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，可以提升診斷信息的準(zhǔn)確度，因此，信息的進(jìn)一步強(qiáng)化作用也十分必要。

（2）信號(hào)處理。在針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行故障診斷時(shí)，信號(hào)的處理是其中重要環(huán)節(jié)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，盡管信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠反饋較為準(zhǔn)確能反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的信息，但是在傳感器進(jìn)行設(shè)備信息收集時(shí)，容易造成設(shè)備信息收集時(shí)的混亂，這樣會(huì)讓后續(xù)分析與總結(jié)陷入困境，在混亂的信號(hào)中，篩選有用的信息也將面臨阻礙，相關(guān)人員必須要在信息整理前，針對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以保證特征信息能夠準(zhǔn)確反映故障特征，以保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在金屬冶煉設(shè)備應(yīng)用中的準(zhǔn)確度。

（3）故障識(shí)別。故障識(shí)別過(guò)程是，相關(guān)人員將經(jīng)過(guò)處理后的監(jiān)測(cè)信號(hào)，進(jìn)行集中整合和處理，然后遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范與優(yōu)化，最終針對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別，依照故障信號(hào)，進(jìn)行故障預(yù)控和處理。

4 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障智能診斷技術(shù)在金屬冶煉設(shè)備中的應(yīng)用

（1）專家監(jiān)測(cè)。專家系統(tǒng)，指的是包含全面、豐富知識(shí)體系的數(shù)據(jù)庫(kù)，其包含的相關(guān)信息數(shù)據(jù)資料，能為解決旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障提供可能，豐富機(jī)械故障的診斷手段。

（2）診斷試驗(yàn)。如今，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中診斷技術(shù)具有舉足輕重的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)，作為診斷技術(shù)中優(yōu)化應(yīng)用的重要方式，能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)信息分析，促進(jìn)冶煉設(shè)備機(jī)械設(shè)備故障的高效完成。診斷試驗(yàn)是優(yōu)化診斷技術(shù)的重要途徑，通過(guò)診斷實(shí)例，我們能夠發(fā)現(xiàn)使用智能化旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)，能顧優(yōu)化旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷在冶煉金屬設(shè)備中的應(yīng)用。

（3）樣本構(gòu)造。金屬冶煉設(shè)備在應(yīng)用中常見的故障包括轉(zhuǎn)軸破裂、轉(zhuǎn)子磨損、轉(zhuǎn)子不對(duì)稱或油膜不穩(wěn)定等，根據(jù)不同的故障的特征，進(jìn)行樣本構(gòu)造，設(shè)計(jì)構(gòu)建故障模型，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)，進(jìn)而極大促進(jìn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用，使其在金屬冶煉設(shè)備的故障排查中更加具體化。旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜會(huì)使模型建立的難度增大。想要完善考慮其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就必須要更為深入的研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障，提出更為完善的診斷技術(shù)。此外，目前的故障研究中心主要針對(duì)的是現(xiàn)當(dāng)下發(fā)生的故障，而客觀已經(jīng)存在的故障，卻鮮少設(shè)計(jì)，這就使得微小故障排查整治時(shí)極容易被忽略。因此，相關(guān)人員必須要合理選擇智能方法，充分揚(yáng)長(zhǎng)避短，重視不同類型、規(guī)模的故障，才能真正推動(dòng)旋轉(zhuǎn)故障診斷技術(shù)可持續(xù)發(fā)展。

5 實(shí)例分析

某金屬冶煉設(shè)備工廠，耦合器采用6000V高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)耦合器，調(diào)整速度帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪，在同一基座上安裝機(jī)組，其中電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2970r/min，額定功率850kw，頻率50hz，金屬冶煉工藝進(jìn)行時(shí)，吹氧，風(fēng)機(jī)速度選擇高速狀態(tài)，其余均為低速。

（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。該煉鋼廠振動(dòng)采集值均大于29000微米，但在電機(jī)另一側(cè)數(shù)據(jù)處于正常值，即小于70微米，分析振動(dòng)頻譜，可以認(rèn)為振動(dòng)異常，初步推測(cè)原因?yàn)檗D(zhuǎn)子不對(duì)稱，引起的不平衡，同時(shí)振動(dòng)的幅值無(wú)明顯波動(dòng)，形成的時(shí)域波形圖，仍然是規(guī)律的波形圖，也證實(shí)了轉(zhuǎn)子不對(duì)稱的問(wèn)題。

（2）分析診斷。根據(jù)振動(dòng)時(shí)域波形的規(guī)律，總結(jié)與分析電機(jī)振動(dòng)的加速度、速度的最大值，可知采集的數(shù)值整體偏高，通過(guò)頻譜分析，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)幅值出現(xiàn)較大波動(dòng)，能量集中于0.15倍頻。通過(guò)分析診斷，可以直接確定故障發(fā)生在電機(jī)后端軸承，通過(guò)不同的信號(hào)振動(dòng)特點(diǎn)，可以分析出導(dǎo)致振動(dòng)的問(wèn)題可能來(lái)源于熱套配合過(guò)盈不足等原因，深入分析電機(jī)的軸承，認(rèn)為軸承內(nèi)圈可能存在一定程度的松動(dòng)。明確了事故原因，停止電機(jī)，進(jìn)行針對(duì)性維修，促使電機(jī)恢復(fù)正常。

（3）結(jié)果驗(yàn)證。半月進(jìn)行拆機(jī)維修時(shí)，發(fā)現(xiàn)軸聯(lián)器兩端磨損嚴(yán)重，軸承內(nèi)圈出現(xiàn)了松動(dòng)，產(chǎn)生了相對(duì)位移，證明了診斷結(jié)果與實(shí)證結(jié)果一致，是典型的故障問(wèn)題。維修時(shí)，通過(guò)更換軸承、電機(jī)后，振動(dòng)從異常恢復(fù)了正常。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，診斷、分析與總結(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障并非易事，其過(guò)程涉及內(nèi)容眾多，而冶煉金屬設(shè)備的種類又相對(duì)較多，設(shè)備的復(fù)雜程度也有較大差異，這也造成了其發(fā)生故障的原因的多樣化。以煉鋼設(shè)備為例，其具體運(yùn)行故障往往是多要素共同造成的結(jié)果，需要根據(jù)現(xiàn)象反推結(jié)果。而旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，能為后期設(shè)備檢修提供合理的方向與選擇，可以提升機(jī)械故障檢修的效率，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率，進(jìn)而提升冶煉金屬的使用壽命，提升企業(yè)的綜合效益。