在关键设备上采用在线监测系统

    提要：采用先进的监测诊断仪器、预测故障隐患，实现有计划、有针对性地按状态检修，缩短检修时间，提高检修质量，减少备件储存，提高设备维修管理水平，是迫切需要解决的问题。本文通过冷轧厂A2风机和五机架连轧机3#齿轮箱设备诊断实例，说明在关键设备上采用在线监测系统，可以及时发现设备异常，迅速查明故障原因并排除隐患，防止突发事故。

冷轧厂关健设备故障诊断
李卫军，张丹，赵宁，黄红芳
武汉钢铁股份有限公司冷轧薄板厂

    摘   要：本文通过冷轧厂A2风机和五机架连轧机3#齿轮箱设备诊断实例，说明在关键设备上采用在线监测系统，可以及时发现设备异常，迅速查明故障原因并排除隐患，防止突发事故。
    关键词：风机；齿轮箱；设备诊断
    冷轧厂年产量为100万吨，生产的钢板厚度为0.2-3mm。由于设备多、分布广，加之工人平均年龄较大等因素，设备管理任务十分繁重采用先进的监测诊断仪器、预测故障隐患，实现有计划、有针对性地按状态检修，缩短检修时间，提高检修质量，减少备件储存，提高设备维修管理水平，是迫切需要解决的问题。
    一、在线监测系统
    根据集团公司“万点受控”工程的要求，自1998年起，冷轧厂先后投运了五机架轧机齿轮箱在线监测系统和A2风机在线监测系统。
    1．风机在线监测系统
    A2风机选用四个振动测点（前后轴承瓦振各两个）和一个测转速点，风机在线监测系统情况见表1，传感器安装情况见图1。
  

    风机开启后，传感器采集测点信息，并传送到EN3800系统。通过显示屏可清楚地看到前轴承水平、垂直瓦座的振动值，转速测定值等风机运行状况；系统计算机可分析振动波形的极值等数据，统计超过最大报警值的次数及时间等，还可自动报警。
    2．五机架轧机齿轮箱在线监测系统
    系统（Leadmeasure -GX）共有33个振动测点，其中15个用于齿轮箱监测，18个用于大电机监测，系统具有如下特点（见表2)。
  

    (1) A/D卡支持信号调理仪自由扩展，目前最多可扩展成16×16=256通道。今后如需扩展，在现有基础上添加多通道信号调理仪即可。
    (2）根据监测设备结构的不同，分别采用B&K8325H型加速度传感器和PCB327A11型工业加速度计，前者用于齿轮箱，后者用于电机轴承。两种传感器都具有较高灵敏度（约100MV/g)，并可抵抗最大5 000g的冲击而不损坏。中国资产管理网
    二、诊断实例
    1．预测A2风机轴承隐患
    2001年10月，风机在线监测系统成功预测了A2风机轴承隐患，避免了一次设备被毁的重大事故。
    (1)风机运行状态
    A2风机自投人运行以来，前轴承水平振动值即偏大，说明风机的装配未达到要求。风机各测点运行起始振动值如表3。
  

    从时域图可以看出风机在6--8月运行比较平稳，进人9月以后，前轴承水平振动值有较大增加，偶尔超过报警值，垂直振动值缓慢增长（图2)；然而1_0月以后，前轴承水平振动值急剧上升，甚至超过最高警戒线（图3)，垂直振动值依然缓慢增长。这表明风机运行状况已经恶化到了需要停机检修的程度。
 

    (2）数据分析
    根据风机振动时域曲线及频谱图和实际运行情况分析如下。
    ①从表4可知，轴向水平12.50Hz（主轴转频）的振动值最大（0.393E+1mm/s), 50.OOHz和37. 50Hz次之；径向垂直98. 75Hz振动值最大(0.923E+0mm/s )，50.OOHz， 12.50Hz次之。
  

    ②时域图显示径向垂直方向振动值不大，说明风机整体静平衡较好。
    ③每次更换粗过滤网后，各测点振动值增大，但随着粗过滤网的堵塞，各测点振动值逐渐下降，这表明风机的振动随负载变化而变化。
    (3）故障诊断
    根据以上分析，参照滚动轴承特征频率及其故障原因表，可初步判定造成风机运行故障的原因是轴或转子不对中，轴承不对中或轴承间隙过大。
    (4)现场验证
    风机解体检查发现，前、后轴承不对称，造成轴不对中。前轴承与轴承盖内上端的间隙为0.38mm，内圈及滚柱有磨损痕迹；后轴承的间隙距离偏大，轴承与固定环的间距为2mm，与轴承盖内上端的间距为0.43mm，后轴承外圈有磨损痕迹，且有2mm深的磨损槽两个。
    由此可以认为，由于后轴承间隙过大，导致风机运行时其外圈随轴一同旋转，造成外圈及后轴承座有磨损痕迹；此外，由于轴不对中，使前轴承受到非正常的扭力，导致内圈及滚柱磨损。总体来说，是由于风机的装配问题导致运行故障。
    设备重新装配后，振动值恢复正常，证明风机运行故障、部位及原因的判断基本正确。
    2．轧机传动系统监测
    2005年7月，五机架轧机齿轮箱在线监测系统发现3#齿轮箱齿轮存在啮合频率的基频、二次谐波和三次谐波（图4)，分别为257.813Hz（振动幅值为0.881m/s2) ，  511.719Hz（振动幅值为1.05m/s2）和769.531 Hz（振动幅值为3.78m/s2) 。经过定修处理后，以上特征频率消失，设备恢复正常。
  

    三、结论
    1．针对轧钢机组采用在线监测技术，可以预测、分析设备故障的严重程度及故障部位和原因，从而避免设备损坏，缩短检修时间，减少经济损失。
    2．实践证明，在线监测系统是设备维护管理的有效工具，是实现轧钢安全生产的重要技术手段，应该大力推广。
    参考文献：
    [1]张晓彤，徐金梧，杨德斌．大型连轧机传动齿轮在线故障诊断方法研究［j］.钢铁，2001,36(3):59-63

   [2]李惠彬，应怀樵．轧机减速机振动测试与故障分析［j］．噪声与振动控制，1998,2:42-45.