化產(chǎn)品回收廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動故障診斷探討

張鵬，陳鵬

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 臨汾 041600）

根據(jù)《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》以及《臨汾市2019年鋼鐵、焦化行業(yè)深度減排實施方案》等相關(guān)文件的要求，化產(chǎn)品回收廠對三個回收車間進(jìn)行了VOCs氣體的治理。通過對回收鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行時域波形、頻譜等分析，對其存在的隱患問題進(jìn)行診斷。

1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱簡析

在化產(chǎn)品回收廠中，化工鼓風(fēng)機(jī)是用于焦?fàn)t氣回收的主要動力設(shè)備，被化產(chǎn)品回收廠廣泛應(yīng)用于煤化工副產(chǎn)品的提取工藝，如加熱爐以及市民生活中所用的焦?fàn)t煤氣等。通過提取，然后從焦?fàn)t中輸送出去。因其在運行中，VOCs（非甲烷總烴）氣體較多，導(dǎo)致該設(shè)備存在較嚴(yán)重的問題。在化產(chǎn)品回收廠中，齒輪箱及齒輪是煤氣鼓風(fēng)機(jī)連接和傳遞動力的主要部件，是該設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械重要的組成部分。在實際運行中，煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱因為制造時存在缺陷，或者是在安裝調(diào)整時存在不當(dāng)，此外，在運行中潤滑不足，或過量磨損以及金屬疲勞和超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致齒輪箱出現(xiàn)界限偏斜、偏心、齒輪誤差、齒面磨損以及齒輪的點蝕、剝落和斷裂等故障。一旦出現(xiàn)這些故障問題，就會導(dǎo)致齒輪箱振動異常，因此，對齒輪箱的振動情況進(jìn)行分析，能快速判斷出齒輪箱故障信息。

2 煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動分析及故障診斷

在對化產(chǎn)品回收廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動分析時，振動速度的有效值是一個十分有用的參數(shù)，同時也是一個十分直觀且常用的參數(shù)。通過測量振動速度的有效值，并將其作為參考，對設(shè)備運行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，是對齒輪箱故障診斷的有效方法。在實際運用中，需要參照ISO2372以及ISO10816等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在齒輪箱上設(shè)置不同的監(jiān)測點，并將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比對，特別是針對信號的最大峰值與有效值進(jìn)行比對，得出的波峰系數(shù)，能反映出齒輪箱在不同時段受到的沖擊，然后進(jìn)行幅值的分析，就可以準(zhǔn)確判斷出齒輪箱存在的故障。在具體操作中，需要從以下幾個方面著手。

2.1 對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理

眾所周知，煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的齒輪在正常工作狀態(tài)下，會產(chǎn)生齒輪的載荷波動，但這種波動對于齒輪箱振動的幅值不會產(chǎn)生較大的影響，而且齒輪的信號中嚙合頻率往往是載波成分，齒輪軸旋轉(zhuǎn)的頻率成分則是調(diào)制波成分。因此，當(dāng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中的齒輪發(fā)生故障問題時，其調(diào)制的結(jié)果往往會在頻率上具有一定的差異。例如，當(dāng)齒輪副發(fā)生初期的磨損時，齒輪會在工作的過程中，逐漸產(chǎn)生特殊的頻率，而這種特殊的頻率就可以通過測試儀器進(jìn)行檢測并驗證。

2.2 對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析

當(dāng)采集完相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息后，需要對所有采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步的統(tǒng)計、分析和處理，從而初步了解采集數(shù)據(jù)的顯著特點，并明確相應(yīng)數(shù)據(jù)的指標(biāo)，這樣就可以根據(jù)相關(guān)的信息，有效推測出齒輪箱整體數(shù)值的特征及規(guī)律，比如，齒輪箱的標(biāo)準(zhǔn)偏差、中位數(shù)以及眾數(shù)等相關(guān)的信息。而且，通過分析這些規(guī)律，還能幫助技術(shù)人員更好地了解煤氣鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備運行的狀態(tài)。但這種方式往往需要依托成熟的軟件，同時還需要運用大量的實際數(shù)據(jù)作為研究的基礎(chǔ)。而且，在實際運用中，為了節(jié)省對齒輪箱監(jiān)測的時間，技術(shù)人員還需要運用多元統(tǒng)計分析的方法，對多個對象及指標(biāo)之間的聯(lián)系進(jìn)行分析，了解并計算相應(yīng)數(shù)據(jù)彼此間存在的規(guī)律。但在實際運用中，這種方法還存在一定的偏差，需要相關(guān)技術(shù)人員合理選擇研究的對象，從而最大限度地減少誤差的產(chǎn)生。

2.3 借助小波理論進(jìn)行信號時頻分析

在對煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中齒輪的信號時頻進(jìn)行分析時，還需要借助小波理論。在實際運用中，對不穩(wěn)定的信號進(jìn)行檢測和分析，如果運用傳統(tǒng)的方式對齒輪的信號時頻進(jìn)行檢測和分析，就很難快速而準(zhǔn)確地探究出數(shù)值變化的規(guī)律，而小波理論因其具有較強(qiáng)的奇函數(shù)緊支特征及能量集中的性質(zhì)，可以利用小波理論的變換獲得相應(yīng)的近似系數(shù)及細(xì)節(jié)系數(shù)，從而更好地尋找并探究出信號低頻的部分及高頻的部分，然后就能準(zhǔn)確展現(xiàn)出信息所具備的特征，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的挖掘，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。

2.4 運用專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

專家系統(tǒng)也是一種在煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中齒輪的信號時頻分析領(lǐng)域應(yīng)用較廣的技術(shù)。該技術(shù)具有極強(qiáng)的知識性及經(jīng)驗性，是一種專業(yè)的程序系統(tǒng)。在具體運用中，首先，應(yīng)在該系統(tǒng)中設(shè)置該領(lǐng)域?qū)I(yè)的知識庫，然后運用推理的方式，模擬出該領(lǐng)域?qū)＜宜季S的過程，從而幫助相關(guān)工作人員在最短的時間內(nèi)解決遇到的復(fù)雜的問題，這樣一來，不僅問題解決的效果顯著，而且準(zhǔn)確度較高。

2.5 基于模糊理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

當(dāng)檢測出煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱已經(jīng)處于故障狀態(tài)時，技術(shù)人員往往會根據(jù)發(fā)生故障嚴(yán)重的程度，對其進(jìn)行等級的劃分，從而幫助工作人員按照一定的順序進(jìn)行檢驗維修工作。但在實際的工作過程中，因為種種因素的影響，很難清晰、準(zhǔn)確地對故障的等級進(jìn)行劃分。針對這樣的情況，可以運用模糊理論，對故障信息進(jìn)行綜合分析，重新理清等級邊界，準(zhǔn)確劃分煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障等級。

2.6 借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

在當(dāng)前時代，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)興起并被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)是一種通過運用數(shù)學(xué)模型來模擬人腦基本能力的一種極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擁有像人類一樣的思考能力，從而實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模處理的效果。此外，還技術(shù)還具有一定的自主學(xué)習(xí)能力及一定的容錯性，十分適合處理一些相對較為簡單的非線性問題。同時，還技術(shù)還具有推測合計的功能，因此，在煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱故障分析及診斷中運用該技術(shù)，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行故障的識別以及故障的診斷。

2.7 采用故障樹分析法構(gòu)建故障模型

在對煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行故障分析和診斷時，還應(yīng)該積極采用故障樹分析法。在實際生活中，故障樹分析法也是一種被廣泛運用的故障分析和診斷技術(shù)，這種技術(shù)是科技人員為了有效避免設(shè)備故障的發(fā)生，根據(jù)設(shè)備的實際運行情況，依據(jù)對象的結(jié)構(gòu)及功能特征和行為所構(gòu)建出的數(shù)學(xué)模型，該種數(shù)學(xué)模型能夠依據(jù)設(shè)備故障的傳播及其因果關(guān)系制作出相應(yīng)的模型，并根據(jù)模型進(jìn)行故障的分析和診斷。在實際運用中，采用故障樹分析法構(gòu)建故障模型，能夠分析出設(shè)備出現(xiàn)故障的原因及相應(yīng)的結(jié)果，從而準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的位置及發(fā)生的原因。

2.8 應(yīng)用譜峭度算法解決故障診斷問題

應(yīng)用譜峭度算法，也能幫助工作人員更好地實現(xiàn)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱故障的分析和診斷。當(dāng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱發(fā)生故障時，其振動會產(chǎn)生額外的頻帶信息，比如，振蕩頻率以及機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)，等等。而通過運用譜峭度算法，不需要借助歷史數(shù)據(jù)以及驗證信息，就可以準(zhǔn)確計算出煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱正常運轉(zhuǎn)最佳的頻率，然后，將其與檢測到的相應(yīng)頻率進(jìn)行對比，這樣就能夠準(zhǔn)確了解煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱局部故障的周期性脈沖信號，從而準(zhǔn)確找到故障發(fā)生的原因。

3 結(jié)語

綜上所述，煤氣鼓風(fēng)機(jī)是煤氣生產(chǎn)過程中重要的設(shè)備，在化工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。而齒輪箱則是鼓風(fēng)機(jī)連接和傳遞動力的主要構(gòu)件，通過對其進(jìn)行振動分析，然后，通過停機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)振動監(jiān)測分析和故障診斷是一種行之有效的設(shè)備點檢手段，能為煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障檢修決策提供可靠的依據(jù)。因此，相關(guān)化工企業(yè)在對煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行故障檢修時，應(yīng)積極運用振動分析和故障診斷技術(shù)，從而最大程度上確保煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱檢修工作的效果，保障設(shè)備使用的壽命及安全性。