頻譜分析在sm風機故障診斷上的應用

蘇 磊，時 寧

（天津鋼鐵集團有限公司精密診斷中心，天津300301）

0 引言

天津鋼鐵集團有限公司高線廠自成立以來，是中國北方地區(qū)最大的優(yōu)質(zhì)線材生產(chǎn)基地之一。該廠主要產(chǎn)品有低碳鋼熱軋圓盤條，制絲用低碳鋼熱軋盤條、優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條、焊接用鋼盤條、氣體保護電焊用碳鋼焊絲盤條、預應力pc鋼棒用熱軋盤條等一系列產(chǎn)品，產(chǎn)品被廣泛應用于國家重點工程建設項目，遠銷美國、歐洲、日本、韓國等國家。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)依靠優(yōu)良的設備，高線廠sm風機是生產(chǎn)各型盤條的關鍵設備。由于盤條生產(chǎn)是流水線作業(yè)，在設備生產(chǎn)運行時，由于sm風機葉輪轉(zhuǎn)速過高，其是否能安全穩(wěn)定運行對高線廠的生產(chǎn)至關重要，我們利用設備診斷技術對該風機進行定期監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)，該風機振動值明顯異常增大，利用頻譜分析理論對該風機狀態(tài)進行初判，發(fā)現(xiàn)不平衡是導致該現(xiàn)象的主要原因。我們通過動平衡恢復技術為sm風機葉片添加了各種重量的配重，最終使sm風機恢復了正常運行，為高線廠的正常生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

1 設備功能及主要技術參數(shù)

1.1 設備功能

高線廠sm風機主要采用高線廠盤條軋后強制冷卻環(huán)冷工藝，進而得到通條均勻的索氏體金相組織。該組織后內(nèi)部片層較薄，片層厚度約為800～1 500 ù，因此具有良好的綜合機械性能，sm風機風冷特性能將溫度控制在650～600℃進行回火，所得到的回火索氏中的碳化物分散度很大，呈球狀，使產(chǎn)品具有更好的機械性能。

1.2 主要技術參數(shù)

主電機轉(zhuǎn)速：1 350 r/min；主電機動率：400 kW；主電機最大轉(zhuǎn)速：1 464 r/min；測試儀器：容知RH802頻譜分析儀。

1.3 設備傳動圖及主要振動監(jiān)測點位

圖1為高線廠sm風機外觀圖，圖中數(shù)字字母代表風機機組測點順序。

圖1 SM風機外觀圖

2 振動異常原因分析及測量數(shù)據(jù)和頻譜圖

2.1 研究趨勢

設備診斷技術與頻譜分析是指通過測定設備的某個較為單一的特征參數(shù)（例如振動、溫度等），來檢查其狀態(tài)是正?；虍惓?。當特征參數(shù)值少于允許值便認為正常，否則為異常。而設備故障診斷技術是一種了解和掌握設備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是正?；虍惓?。早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預報故障的技術。通俗的講，它是一種給設備看病的技術。設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷既有區(qū)別又有聯(lián)系，因此我們將這種技術應用在高速旋轉(zhuǎn)設備的監(jiān)測上。通過不斷實踐，我們在高線廠sm風機的監(jiān)測工作中總結(jié)出一整套工作方法。

2.2 測量數(shù)據(jù)和頻譜圖

2.2.1 測點路徑

天鋼進行中故障診斷高線SM風機位置2H8k速度波形（2-1k）

采樣時間：2019-03-29，09：44：27；

采樣頻率：2560Hz。

sm風機2H時域波形見圖2。sm風機2H振動頻譜見圖3。頻率及幅值見表1。

圖2 sm風機2H時域波形

2.2.2 測點路徑

天鋼進行中故障診斷高線2#線1#SM風機位置3H8k速度波形（2-1k）

采樣時間：2019-04-18，14：32：21；

圖3 sm風機2H振動頻譜

表1 頻率及幅值關系圖

采樣頻率：2560Hz。

sm風機3H時域波形見圖4。sm風機3H振動頻譜見圖5。

圖4 sm風機3H時域波形

圖5 sm風機3H振動頻譜

2.2.3 測點路徑

天鋼進行中故障診斷高線廠SM風機位置4H8k速度波形（2-1k）。

采樣時間：2019-04-18，14：32：57；

采樣頻率：2560Hz。

圖6 sm風機4H時域波形

sm風機4H時域波形見圖6。sm風機4H振動頻譜見圖7。頻率與幅值關系見表2。

圖7 sm風機4H振動頻譜

表2 頻率與幅值關系表

2.3 振動異常原因分析

SM風機是一種將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為輸送氣體、給予氣體能量的機械，它是高線廠生產(chǎn)盤條產(chǎn)品不可缺少的重要設備，由于運行條件惡劣，因此在運行過程中常導致故障率高較高，據(jù)有關資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，高線廠sm風機平均每年發(fā)生2次故障，從而導致整條生產(chǎn)線非計劃停機造成重大損失。

常見故障類型主要有：滾動軸承超過規(guī)定值或軸承磨損值；由外來物或者灰塵造成葉輪與葉輪，葉輪與機殼撞擊；由于過載、軸變形造成葉輪碰撞；由于過熱造成葉輪與機殼進口處摩擦；由于積垢或者異物使葉輪失去平衡；地腳螺栓及其他緊固件松動。

結(jié)合測量數(shù)據(jù)及振動譜圖顯示，振動頻譜主要以20 Hz振動頻率1倍頻率為主，符合由于積垢或者異物使葉輪失去平衡的故障現(xiàn)象。這類缺陷常見于風機葉輪振動異常，原因主要是風機在運行中振動突然上升，當氣體進入葉輪時，與旋轉(zhuǎn)的葉片工作面存在一定的角度，根據(jù)流體力學原理，氣體在葉片非工作面一定有漩渦產(chǎn)生，于是氣體中的灰塵由于漩渦作用會慢慢的沉積在非工作面上，sm風機葉片較容易積灰。當積灰達到一定重量時，由于葉輪旋轉(zhuǎn)離心力的作用，將一部分大塊的積灰甩出葉輪。由于各葉片上的積灰不可能完全均勻一致，聚集或者可甩走的積灰不一定同步，結(jié)果因為葉輪積灰不均勻?qū)е氯~輪質(zhì)量分布不平衡，從而使sm風機振動值增大。高線SM風機軸承振動在20Hz頻率下達到3.41 mm/s，先實施現(xiàn)場動平衡校正，消除異常振動。

3 故障處理

首先啟動風機測量原始振動大小和相位，必須在轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定值后測量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該轉(zhuǎn)子的尺寸重量，試重73 g。在葉輪驅(qū)動側(cè)前盤適當位置，測量試重后振動大小和相位，根據(jù)原始振動和試重后振動大小、相位、試重重量和角度，計算該葉輪需要配重的重量和角度，制作相應配重塊，加焊條共計配重約230 g。在葉輪相應的位置焊牢，配重后風機最大振動下降至2 mm/s，進一步處理風機軟地腳問題后，風機最大振動降至1 mm/s，能夠滿足生產(chǎn)需求。完成現(xiàn)場動平衡校正。校正后風機軸承振動大幅下降，在風機最高轉(zhuǎn)速下，風機最大軸承振動由2 mm/s降至1 mm/s，基本消除了葉輪不平衡故障，風機達到安全運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

此次通過對高線廠sm風機現(xiàn)場診斷并進行動平衡的實踐應用，說明運用精密診斷技術消除高線廠sm風機設備的異常振動問題是非常可行且有效的。但不是所有的振動異常都可以通過動平衡解決，之前現(xiàn)場部分運行管理人員遇到振動異常，覺得只要進行風機動平衡校正就可以解決，但經(jīng)過現(xiàn)場實際診斷，電機與減速箱聯(lián)軸器連接不良是最主要的原因，因此要具體問題具體分析。精密診斷分析消除振動異常與傳統(tǒng)拆卸風機葉輪在平衡機上做動平衡相比具有明顯優(yōu)勢，可以節(jié)省檢修時間和檢修費用，大大縮短設備停機時間，為生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。通過大量實踐經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，精密診斷技術具有更廣闊的應用前景。高線廠sm風機經(jīng)過半年多的連續(xù)運行，設備再無振動異?，F(xiàn)象發(fā)生。在今后的運行生產(chǎn)中，還需不斷完善操作、維護、檢修保養(yǎng)制度，優(yōu)化設備工作狀態(tài)，挖掘風機潛力，延長風機使用壽命，為高線廠的穩(wěn)定生產(chǎn)提供有力的設備保障。