浮選機下部軸旋轉平衡檢測系統(tǒng)研究

劉之能 楊文旺 余 悅

(北京礦冶研究總院)

浮選機下部軸旋轉平衡檢測系統(tǒng)研究

劉之能 楊文旺 余 悅

(北京礦冶研究總院)

針對傳統(tǒng)浮選機下部軸旋轉情況監(jiān)控方法存在實時性差、判斷界定模糊等問題，采用振動速度傳感器和頻譜分析軟件，建立了一套能夠準確判斷浮選機下部軸旋轉平衡情況的檢測系統(tǒng)，并可以實現(xiàn)對主軸偏擺狀態(tài)的實時監(jiān)測。該系統(tǒng)使得浮選機運行檢測方法由傳統(tǒng)的人工定期檢測法升級為先進的實時監(jiān)控法，有助于及時發(fā)現(xiàn)和排除主軸部件故障，有效延長機械設備的使用壽命、提高選廠運行管理效率。

浮選機 旋轉平衡 振動傳感器

伴隨著我國經濟發(fā)展步入新常態(tài)，礦產資源行業(yè)開始進入深度調整期，粗放低效、環(huán)境成本高的開采和加工模式將逐步遠離主流。選礦裝備是礦物加工環(huán)節(jié)的重要組成部分，其智能化技術創(chuàng)新和應用程度代表了選礦裝備的發(fā)展水平，并且是其重要發(fā)展趨勢之一。

浮選機屬于選礦過程的重要設備，一個選礦廠的浮選車間往往包含多臺浮選機，而其中任何一臺設備發(fā)生事故或停車都會對企業(yè)造成嚴重損失。其中，浮選機主軸部件下部軸的旋轉不平衡則是造成事故停車的重要原因，因此對下部軸的運轉狀況進行及時監(jiān)測能夠提高浮選機可靠性、降低安全生產隱患。傳統(tǒng)的方法是通過定期檢查，并依靠人工聽覺、視覺和觸覺等主觀感受來判斷浮選機下部軸是否旋轉不平衡，而此判斷方法存在界定模糊、隨意性強、實時性差和準確率低等問題，容易引發(fā)由于主軸部件發(fā)生故障沒能及時發(fā)現(xiàn)和維護而造成的設備停機或安全事故。

目前大型風機、汽輪發(fā)電機、渦輪機等設備均在多年前便開始采用振動檢測技術來判斷主軸旋轉平衡度。使用該技術后事故發(fā)生率降低了75%，維修費用減少25%～50%[1]。由于振動檢測技術在我國浮選機主軸旋轉平衡度診斷領域尚屬空白，因此開發(fā)浮選機主軸旋轉平衡度診斷系統(tǒng)不僅可以有效提高設備運轉率、降低維護成本，而且可以幫助用戶了解主軸部件的性能狀態(tài)并及早發(fā)現(xiàn)潛在故障，延長機械設備的使用壽命、提高選廠運行管理水平[2]。

本研究在30 L試驗用小型浮選機上建立了一套浮選機主軸旋轉平衡度診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用振動傳感器對浮選機上下軸承體在旋轉時的振動速度進行實時監(jiān)測，并通過數據分析對振動速度和旋轉平衡度的一致性進行驗證計算。

1 試驗方法

試驗系統(tǒng)由振動檢測分析系統(tǒng)和主軸偏擺測量系統(tǒng)組成。振動檢測分析系統(tǒng)由振動傳感器和振動診斷模塊組成，主軸偏擺測量系統(tǒng)由電渦流傳感器和變送器組成。

試驗在上、下軸承安裝位置的正上方各安裝一個振動傳感器來檢測設備旋轉頻率上的振動速度值，振動信號傳輸至振動診斷模塊后，診斷模塊解析振動頻譜，并將實時振動數據通過OPC協(xié)議上傳至工控機組態(tài)軟件。采用電渦流傳感器來檢測主軸的擺動幅度，電渦流傳感器將主軸擺動幅度信號傳輸至變送器進行解析后，以4～20 mA電流形式傳輸至PLC進行轉換，隨后通過以太網接口將數據上傳至工控機組態(tài)軟件。組態(tài)軟件對振動數據和主軸擺動數據進行對比和記錄。

2 試驗原理

試驗通過在浮選機葉輪邊沿加裝吸鐵石的方法使葉輪在質量分布上不均勻，從而達到主軸偏擺的目的。試驗原理如圖1所示。浮選機主軸旋轉不平衡在頻譜上的特征表現(xiàn)是轉動頻率處徑向上出現(xiàn)振動峰值。主軸每轉一圈振動一次并出現(xiàn)一次單峰頻譜，而且這種峰值一般要比其他頻率段高許多[3]。

衡量振動大小可以采用檢測加速度、速度或位移3種參數的不同方式，這3種參數均在旋轉頻率處出現(xiàn)峰值，每個參數都包含著同樣的振動幅值信息，但給出信息的方式有很大不同?？紤]到測量靈敏度，一般在低轉速時選用位移或速度參數，其靈敏度較高，只有當轉速高于1 000 r/s時，才選用加速度作為參數。相比其他2種參數，速度參數曲線最平緩，所以一般最常選用的是速度參數；加速度參數曲線傾向于突出高頻成分，固此當低頻噪聲嚴重時也可選用加速度參數；位移參數曲線則傾向于突出低頻成分，可用來對抗高頻噪聲[4]。

圖1 試驗原理

試驗選用浮選機主軸的轉速為8 r/s，屬于低速旋轉設備，因此采用速度參數作為對比分析的目標變量。此外，為了對振動傳感器數值的可靠性進行進一步地驗證，本次試驗在浮選機的主軸旁側安裝了一個電渦流傳感器，可以精確測量出主軸徑向振動偏擺值。電渦流傳感器的測量原理為：根據法拉第電磁感應原理，當被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭所感應到的電流數值也發(fā)生變化，從而引起振蕩電壓幅值的變化。這個隨距離變化的振蕩電壓經過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉化成電壓(電流)變化，最終完成機械位移(間隙)轉換成電壓(電流)[5]。

3 試驗過程和結果

由于試驗采用的浮選機葉輪本身存在質量分布不均勻的情況，為了最大限度降低這種不均勻對試驗結果帶來的不確定性和誤差，試驗將葉輪劃分為6個區(qū)域，并將不同重量的吸鐵石分別固定在每一個區(qū)域，分析主軸擺動幅值與上下軸承振動速度之間的對應關系。位置劃分情況如圖2所示。

不同重量的吸鐵石固定在1～6號位置時，主軸平均擺幅與上下軸承體振動速度數據比對見表1。

從表1可以看出：當在葉輪的1#位置和2#位置逐漸增加配重時，主軸的擺動幅度逐漸降低；6#位置的平均擺幅幾乎不受所增加配重影響；3#、4#、5#位置的平均擺幅隨配重增加而逐漸增大。當配重增加時，6個位置中每一個位置的上、下軸承的振動速度均逐漸增大。由表1無法分析質量不平衡與主軸擺動幅度的定量關系，但當主軸旋轉不平衡時，可以通過振動速度體現(xiàn)出來，因此可以采用振動速度傳感器對主軸偏擺實現(xiàn)預警功能。

圖2 葉輪區(qū)域劃分情況

表1 主軸平均擺幅與上下軸承體振動速度數據對比表

4 結 語

浮選機主軸擺動無論對于設備安全還是生產安全來講均有重大影響，傳統(tǒng)的電渦流傳感器雖然可以直接檢測主軸擺動幅度，但工業(yè)現(xiàn)場使用的浮選機不具備其安裝使用的條件和要求。本研究首次通過安裝在軸承體上的振動傳感器間接測算主軸擺動幅度，實現(xiàn)了浮選機主軸運行的連續(xù)在線監(jiān)測，可以有效延長浮選機的使用壽命、提高選廠的管理效率。

[1] 郭麗亞.大型機械旋轉動平衡測試硬件設計[J].城市建設理論與研究，2013(5)：57-59.

[2] 李 超，梁秋立，趙 嫚.渦旋流體機械平衡重功率損耗的數值分析[J].排灌機械工程學報，2012(2)：22-27.

[3] 吳志星.HYSY201深水鋪管起重船吊機旋轉平衡系統(tǒng)制造工藝[J].起重運輸機械，2012(5)：45-50.

[4] 張志新，賀世正.高速轉子整機動平衡儀的開發(fā)與研究[J].振動工程學報，2001(4):384-387.

[5] 郭 健.旋轉機械的平衡品質[J].試驗技術與試驗機，2006(4)：244-249.

2015-03-16)

劉之能(1982—)，男，工程師，100160 北京市南四環(huán)西路188號。