卷取爐芯軸振動檢測及故障處理

賈 昆，華 成，陳 超

（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅 嘉峪關(guān)735100）

1 前 言

隨著技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備集群化、連續(xù)化特點明顯，設(shè)備的安全穩(wěn)定運行成為企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)得以實現(xiàn)的根本保證。從工業(yè)化大生產(chǎn)至今，設(shè)備維修大致經(jīng)歷了3 種方式：事后維修→預(yù)防維修→狀態(tài)維修或預(yù)知維修。落后的設(shè)備維修方式造成設(shè)備“欠維修”和“過維修”情況嚴重。一方面浪費檢修人力，影響設(shè)備檢修周期制定的合理性（設(shè)備維修標準制定了檢查周期），增加了設(shè)備維護成本并降低了生產(chǎn)線效率；另一方面不必要的拆開檢查，影響了設(shè)備安裝精度，降低了設(shè)備壽命，增加了備件投入［1-4］。

狀態(tài)維修方式以設(shè)備的運轉(zhuǎn)工況為依據(jù)，它的特征是利用先進的振動測試技術(shù)進行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。作為爐卷軋機生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的卷取爐，主要實現(xiàn)帶鋼在精軋機往復軋制過程中的卷取加熱功能，該設(shè)備的故障直接影響整條生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。因此，對卷取爐核心部件（芯軸）進行預(yù)測性振動檢測，并采取合理措施預(yù)想消除事故隱患，對保障生產(chǎn)線正常生產(chǎn)是很有必要的。

2 振動分析理論基礎(chǔ)

對于機械設(shè)備的周期性振動，不論其振動波形有多復雜，都可以用傅立葉級數(shù)表示為許多頻率成諧波關(guān)系的簡諧振動組分。因此，在技術(shù)上可以通過傅里葉變換，找到故障對應(yīng)的振動幅、頻特征。通常，對振動信號分析包括時域分析和頻域分析，如圖1 所示。時域分析只能反映信號的幅值隨時間的變化情況，除單頻率分量的簡諧波外，很難明確揭示信號的頻率組成和各頻率分量大小。頻域分析是采用傅立葉變換將時域信號變換為頻域信號，從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。信號的頻譜代表了信號在不同頻率分量處信號成分的大小，它能夠提供比時域信號波形更直觀，豐富的信息［5-7］。

圖1 時域分析與頻域分析的關(guān)系

3 卷取爐芯軸異常振動分析

利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)入口芯軸電機負荷側(cè)軸承沖擊脈沖值出現(xiàn)上升趨勢，如圖2 所示。該電機軸承為2020年8月初年修時更換，年修結(jié)束運行狀態(tài)穩(wěn)定。但從9 月15 日開始出現(xiàn)沖擊脈沖值逐漸上升的趨勢，9月18日—9月21日長時間停機后，運行狀態(tài)繼續(xù)劣化，沖擊脈沖值均進一步上升，且部分檢測值超出報警值。

圖2 入口芯軸負荷側(cè)軸承沖擊脈沖值趨勢圖

通過檢測記錄的分析發(fā)現(xiàn)，入口芯軸電機非負荷側(cè)及出口芯軸電機負荷側(cè)在年修后運行狀態(tài)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，但入口芯軸電機負荷側(cè)存在異常問題。

為進一步確定異常問題原因，利用檢修時間，對入口芯軸電機的運行狀態(tài)進行了進一步檢測。為排除負載對數(shù)據(jù)的影響，設(shè)定固定轉(zhuǎn)速，在空載運行狀態(tài)下進行了檢測。

3.1 測點布置及參數(shù)計算

芯軸電機非負荷及負荷側(cè)各布置2 個測點進行垂直、水平及軸向3 個方向的振動測量。其中，電機轉(zhuǎn)速207 r/min，電機轉(zhuǎn)頻3.45 Hz，減速機減速比為4.875，卷筒轉(zhuǎn)速42 r/min，卷筒轉(zhuǎn)頻0.7 Hz。

3.2 頻譜分析

非負荷側(cè)。垂直方向頻譜圖主要存在兩個非同步頻率，分別為54.38、245.63 Hz。根據(jù)計算的特征頻率，經(jīng)初步分析認為，54.38 Hz 頻率為減速機齒輪嚙合頻率，245.63 Hz 為電機軸承外圈的7倍頻；水平方向頻譜圖與垂直方向一樣，主要存在兩個非同步頻率，分別為54.38、245.63 Hz；軸向頻譜圖主要存在108.75、245.63 Hz 的非同步頻率，其中108.75 Hz 為減速機齒輪嚙合頻率（54.38 Hz）的2 倍頻。

負荷側(cè)。負荷側(cè)頻譜圖與非負荷側(cè)類似，各測量方向主要存在54.38、245.63 Hz兩個非同步頻率。

3.3 綜合分析

由于芯軸減速機頻譜圖中均以54.38 Hz 的頻率以及該頻率的倍頻成分為主，據(jù)此可知頻譜分析中的該頻率為齒輪的嚙合頻率。

芯軸電機各測點頻譜圖中以54.38、245.63 Hz兩個頻率成分為主。54.38 Hz 為減速機齒輪的嚙合頻率。而245.63 Hz 在減速機各測點均沒有出現(xiàn)，應(yīng)為電機上產(chǎn)生的頻率成分。經(jīng)計算分析認為，該頻率應(yīng)為軸承外圈的7 倍頻，表明該電機軸承外圈已經(jīng)出現(xiàn)初期劣化損傷情況，應(yīng)繼續(xù)檢測跟蹤，同時決定對該軸承潤滑油取樣進行油品檢測。

3.4 油品檢測分析

2020年9月對該軸承潤滑油進行了取樣，從取樣油觀察，該油存在片狀黑色雜質(zhì)。隨即對取樣油品送檢進行光譜分析，結(jié)果如表1所示。

表1 軸承潤滑油（美孚齒輪油600XP150）檢驗結(jié)果 mg/kg

鎳（Ni）磷（P）鉛（Pb）硅（Si）錫（Sn）鈦（Ti）釩（V）鋅（Zn）0.87 108.42 1.05 6.14 1.35 0.18 0 76.04 0.27 159.53 1.96 8.48 0.33 151.32 0 7.36 0.30 161.42 0.45 7.89 0 0 0 0 0.17 97.75 0.10 87.02 0 0 0 98.3

通過以上油品光譜檢測結(jié)果對比分析，入口芯軸電機負荷側(cè)潤滑油中的Fe、Cr、K、Mg、Mn等元素明顯高于其他部位油品中的含量。而現(xiàn)場使用的FAG軸承鋼的材質(zhì)一般是低合金、高純凈度的淬透鉻鋼材。Fe、Cr、K、Mg、Mn 等元素是該軸承鋼的主要元素。從此次油品檢測結(jié)果對比分析來看，入口芯軸電機負荷側(cè)軸承已經(jīng)出現(xiàn)輕微劣化損傷。

4 處理措施及結(jié)果跟蹤

基于振動頻譜及油品光譜分析，引起卷取爐入口芯軸振動異常增大問題的原因是軸承潤滑油進水引起的。因此，利用定修的機會，徹底排空了軸承室的油和水，加入了新的潤滑油，軸承沖擊脈沖值整體呈下降趨勢。如圖3所示，通過10月1日—10月7日的在線監(jiān)測結(jié)果，沖擊脈沖值整體呈下降趨勢，但與其他部位相比，仍處在不良運行狀態(tài)。鑒于此跟蹤結(jié)果，決定在10月8日定修中再次更換該軸承潤滑油，并繼續(xù)跟蹤運行狀態(tài)。

圖3 換油后軸承沖擊脈沖值趨勢

通過10 月8 日定修后的在線監(jiān)測結(jié)果（見圖4）來看，沖擊脈沖值呈現(xiàn)大幅下降趨勢，目前監(jiān)測結(jié)果已經(jīng)與入、出口電機其余部位的監(jiān)測結(jié)果基本一樣。

圖4 再次換油后軸承沖擊脈沖值趨勢

結(jié)合以上情況分析認為，入口芯軸電機負荷側(cè)軸承沖擊脈沖值異常上升的原因主要為潤滑油中進水，導致軸承潤滑不良，軸承外圈產(chǎn)生輕微劣化損傷所致。

5 結(jié) 語

通過兩次連續(xù)換油，異常振動的設(shè)備故障隱患得到徹底解決，軸承運行狀態(tài)穩(wěn)定，后期加強監(jiān)控，并將此故障處理案例納入軸承異常振動故障庫。此案例具有普遍性，類似鋼鐵公司可以借鑒此次異常情況，反思在年修過程中更換軸承項目的各項作業(yè)流程中有可能導致水進入軸承室的情況，制定好措施，防止此問題再次發(fā)生。