基于振動監(jiān)測的水泥立磨故障診斷分析

秦少鋒，水 龍

（1.杭州安脈盛智能技術有限公司，浙江杭州 310051；2.西安寄云科技有限公司，陜西西安 710077）

0 引言

隨著改革開放的進一步深化，基建項目繁多，水泥行業(yè)行情暴漲。為提高生產效率，水泥廠產線高度自動化。為保證生產連續(xù)平穩(wěn)，業(yè)內對設備的可靠性提出了更高的要求，各生產企業(yè)紛紛尋求變革突破，探尋最新科技。但是水泥廠旋轉設備類型多，轉速范圍廣（10～3000 r/min）且部分工藝現(xiàn)場環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的點巡檢、離線診斷已經難以適應當前生產企業(yè)的需求。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，故障診斷技術結合最新的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進科技，形成了以無線傳感器、邊緣計算、云平臺三維一體的新一代PHM（Prognostics Health Management，故障預測與健康管理）技術，能夠通過機理分析、機器學習等先進技術，實現(xiàn)對生產企業(yè)數(shù)以萬計的設備進行全生命周期狀態(tài)監(jiān)測。

但是水泥廠普遍存在臺賬信息不全問題，部分設備因多次技改等原因錄入信息與實際不符，另外設備學習需要大量的案例支撐，通過在線狀態(tài)監(jiān)測分析工具判別復雜設備故障仍是當前狀態(tài)監(jiān)測行業(yè)的常態(tài)。

1 水泥廠減速機監(jiān)測現(xiàn)狀

水泥廠主要旋轉設備中減速機數(shù)量最多，分布在廠區(qū)的各個工藝區(qū)間，并且備機數(shù)量少或沒有備機。對減速機實施監(jiān)測狀態(tài)尤為重要。

減速機在運行中，其運行狀態(tài)與故障的征兆主要由溫度、潤滑油中磨粒的含量及形態(tài)（鐵譜技術）、減速機的振動及輻射的噪聲、齒輪傳動軸的扭振和轉短、齒輪齒根應力分布等構成。但是由于工業(yè)現(xiàn)場測試的條件、分析技術以及資金所限，相對來講振動和噪聲（特別是振動）是目前公認的最佳征兆提取量，它對減速機的狀態(tài)變化反映迅速、真實、全面，能很好地反映絕大多數(shù)齒輪、軸承和軸系故障的性質、范圍，并且有很多先進有效的分析方法可供選用[1]。

目前，振動監(jiān)測常用分析工具包括幅值趨勢分析、歷史對比分析、時域分析、頻譜分析、包絡分析、倒頻譜分析等。針對水泥磨減速機的特點和常見故障形式，采用在線振動監(jiān)測提取設備運行振動參數(shù)數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測系統(tǒng)的幅值趨勢變化、時域、頻域和包絡實現(xiàn)對減速機狀態(tài)的監(jiān)測與診斷[2]。

2 水泥立磨減速機參數(shù)及測點布置

某廠水泥立磨減速機的生產廠家為重齒機械有限公司，型號JLP330B，輸入轉速為990 r/min，速比38.293:1（圖1）。

圖1 水泥立磨現(xiàn)場

設備的振動測點一般選擇3 個方向，分別是水平（H）、垂直（V）、軸向（A）進行測量。因為設備結構不同，不同的故障在不同的方向上表現(xiàn)不一樣[3]。綜合客戶的要求，該減速機測點布置如圖2 所示。

圖2 減速機測點布置

由于現(xiàn)場環(huán)境限制，傳感器均按照在減速機殼體表面。結合現(xiàn)場實際情況，傳感器選用因聯(lián)無線振動溫度一體式傳感器：頻響1～10 Hz（±1 dB），采樣率25.6 kHz，量程為±50 g，工作溫度-40～70 ℃。

3 數(shù)據(jù)分析

2019 年7 月16 日，減速機輸入軸驅動端H 包絡幅值開始增大，趨勢上升明顯，速度與加速度幅值上升不明顯，其余測點振動幅值上升較小。

在圖3 的輸入軸驅動端H 包絡頻譜圖中，存在明顯的213.125 Hz 倍頻，同時底噪抬升。從圖4 的加速度波形圖中，也能看到明顯的213.125 Hz 間隔沖擊。根據(jù)客戶提供的軸承型號29348E，查詢該軸承的故障頻率，發(fā)現(xiàn)內圈故障頻率為轉頻的12.9 倍，即213 Hz，判斷29348E 軸承內圈存在故障。

圖3 水泥磨減速機輸入軸驅動端H 包絡趨勢圖

圖4 水泥磨減速機輸入軸驅動端H 包絡頻譜圖

2019 年8 月28 日，客戶安排停機，輸入軸解體檢修，發(fā)現(xiàn)軸承滾動體存在明顯的磨痕，內圈也磨損嚴重（圖5）。檢查后更換輸入軸軸承。

圖5 水泥磨減速機輸入軸驅動端H 加速度時域圖（2019-08-06 09:08:47）

2019 年7 月16 日，包絡幅值趨勢上升。2019 年8 月28 日停機檢修，檢修后包絡幅值正常、趨勢平穩(wěn)（圖6～圖8）。在故障的早期階段包絡幅值上升較快，隨后包絡值開始下降[4]；但由于是減速機高速軸軸承故障，軸承劣化速度也很快。本次故障中溫度全程基本無變化，但包絡幅值變化較大、反應靈敏，說明包絡解調技術在軸承診斷故障中優(yōu)勢所在[5]。

圖6 水泥磨減速機輸入軸解體情況

圖7 水泥磨減速機輸入軸驅動端H 包絡趨勢

圖8 水泥磨減速機輸入軸驅動端H 溫度趨勢

4 結論

相比于油液、聲發(fā)射等技術，振動監(jiān)測是一種非常有效且經濟的狀態(tài)監(jiān)測方式，在水泥磨減速機輸入軸軸承故障早中期包絡幅值變化明顯。此次軸承故障中，傳感器的溫度監(jiān)測沒有變化，反映出溫度是一種比較滯后的監(jiān)測手段。水泥廠存在大量的減速機設備，振動監(jiān)測是一種非常有效的方式。