大型粉磨設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷問題探討
| １ 前言 近年來立磨、輥壓機、筒輥磨等粉磨設(shè)備的出現(xiàn)和改進推動了水泥工業(yè)節(jié)能粉磨設(shè)備和工藝的快速發(fā)展。新型的粉磨工藝大幅度提高了粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量 降低了系統(tǒng)電耗。粉磨設(shè)備的安全、平穩(wěn)、可靠、無故障地運行是現(xiàn)代水泥廠提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵條件。這些設(shè)備都具有大型、低速、重載、粉磨壓力大等特點，工作環(huán)境比較惡劣，還承受著嚴重的沖擊負荷，物料的有關(guān)物理特性、生產(chǎn)工藝參數(shù)變化等對設(shè)備工況的影響較大，這些因素都會造成設(shè)備故障率上升。 現(xiàn)代水泥廠已廣泛采用分散控制、集中管理的集散型控制系統(tǒng)ＤＣＳ，獲取生產(chǎn)過程的工藝、設(shè)備參數(shù)，判斷過程工況，據(jù)此實施適當?shù)牟僮骺刂?，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行和優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量。其中涉及粉磨設(shè)備的監(jiān)測位置和參數(shù)隨設(shè)備類型不同略有差異，但不外乎電機電流、設(shè)備振動、軸承和潤滑油溫度等。如對于立磨，主要有減速機輸入軸座或機座上振動，以及高、低壓潤滑回路的油溫油壓，減速機箱底油位，磨輥壓力、軸承溫度等；輥壓機主要有主機架振動，主軸承溫度，減速器油溫油位，液壓缸壓力等。但是，現(xiàn)有監(jiān)測參數(shù)并不能有效預(yù)知減速機、主軸中齒輪、軸承的磨損或斷裂發(fā)生以及損傷程度。 ２ 監(jiān)測溫度和振動參數(shù)的不足 現(xiàn)有檢測軸承溫度主要是為監(jiān)測軸承潤滑狀態(tài)和元件的損傷。但導致軸承溫升的原因很多，如軸承精度低、主軸彎曲或箱體孔不同心、裝配質(zhì)量低、潤滑不良、軸承內(nèi)外殼跑圈、軸承損壞等。實踐表明，在軸承潤滑良好時，除非軸承被拉垮，一般來說元件發(fā)生明顯磨損或初始斷裂，軸承溫升并不顯著。另外，粉磨設(shè)備某些軸承的溫度還難以檢測，如立磨行星減速機中行星輪軸承溫度。 檢測振動信號是監(jiān)測軸承和齒輪故障最有效的方法，有關(guān)技術(shù)已相當成熟，并得到成功運用。但對于粉磨設(shè)備，正常工況下高壓粉碎物料產(chǎn)生較強的連續(xù)振動沖擊信號，足以淹沒故障軸承和齒輪的振動特征信號。何況如立磨行星減速機中，軸承和齒輪安裝于堅固圓柱形箱體內(nèi)，上部是緊湊浮動的行星傳動輪系，從外部難以檢測到有意義的故障振動信號，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境決定了安裝振動傳感器是極其困難的，傳感器能否可靠工作，還需要在減速機設(shè)計階段加以認真考慮。所以，在粉磨設(shè)備中很少用振動信號監(jiān)測和診斷軸承和齒輪故障?，F(xiàn)有在減速機輸入軸座或主機機座上量測振動速度或位移值，并與主機電機聯(lián)鎖是為了防止運行中發(fā)生強振動對主機及關(guān)鍵零部件造成損害。實際上，設(shè)備維護人員對于主機關(guān)鍵部件，如立磨減速機、輥壓機主軸軸承的運行狀況，常常感到?jīng)]有把握。這對于防止突發(fā)事故，保障設(shè)備安全、減少停機時間，防止停產(chǎn)損失、提高設(shè)備可靠性，延長設(shè)備使用壽命、優(yōu)化維修決策，合理安排維修等都是不利的。 ３ 積極采用油液分析技術(shù) 潤滑系統(tǒng)是粉磨設(shè)備的重要組成部分，如減速機、主軸承、磨輥軸承潤滑油回路等。顯然，可以采用油液分析技術(shù)（如鐵譜分析）彌補溫度、振動參數(shù)在監(jiān)測以上關(guān)鍵部件磨損、疲勞破壞方面的不足。所謂油液分析，是指通過對從運行設(shè)備中所取得的有代表性的潤滑油樣的檢測和分析，獲得有關(guān)設(shè)備在用潤滑油性能指標變化、油中磨損產(chǎn)物、污染和變質(zhì)產(chǎn)物的宏觀或微觀物態(tài)特征信息，并由此評判設(shè)備潤滑與磨損狀況或診斷相關(guān)故障的技術(shù)過程。油液分析主要包括對潤滑油狀況?穴性質(zhì)?雪的分析和對油中磨損顆粒的分析。 設(shè)備中的潤滑油在使用過程中，受設(shè)備工況變化的影響和環(huán)境因素的作用，在組成、結(jié)構(gòu)和性能上也在發(fā)生著一系列的變化。研究表明，設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的高溫作用、相對運動表面?穴如齒輪?雪對潤滑油存在的高剪切作用等，均可導致潤滑油發(fā)生氧化變質(zhì)并產(chǎn)生相應(yīng)的變質(zhì)產(chǎn)物。在用潤滑油所發(fā)生的氧化，非但使其保持固有特性潤滑油膜的能力下降，而且隨著氧化變質(zhì)產(chǎn)物的增多，油品的粘度發(fā)生顯著變化，最終使摩擦副的潤滑狀況惡化，機件發(fā)生損傷的幾率大大增加；而來自環(huán)境或冷卻系統(tǒng)泄漏的水分混入潤滑油中的含量達到一定程度時，潤滑油會產(chǎn)生乳化，從而失去原有的潤滑效能。油品中的其它一些污染物，如：塵埃、砂粒、金屬顆粒、油泥、纖維以及一些有害氣體等的出現(xiàn)，也會對機械系統(tǒng)產(chǎn)生惡劣影響，或直接介入摩擦表面引起磨粒磨損，或阻塞油路使摩擦副的潤滑缺油，或引起油品性能改變影響摩擦副正常潤滑，或?qū)е掠推钒l(fā)生化學變化而嚴重變質(zhì)。顯然，對油品性能及其污染物形態(tài)和數(shù)量的動態(tài)監(jiān)測，對于及時掌握設(shè)備中惡劣工況的出現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)相關(guān)子系統(tǒng)出現(xiàn)的泄漏故障以及潤滑效能的可能變化，及早排除可能的故障隱患有著十分重要的意義。 在另一方面，在用潤滑油還是機械中關(guān)鍵摩擦副磨損產(chǎn)物的主要載體。在機器的運轉(zhuǎn)過程中，摩擦副磨損所產(chǎn)生的微粒會隨之大量地進入潤滑系統(tǒng)，這些微粒在油液中循環(huán)。通過在設(shè)備潤滑系統(tǒng)油路中采集有代表性的油樣，將其中的磨損微粒分離出來加以分析，能夠找到有關(guān)機械設(shè)備潛在的或正在發(fā)生的失效與故障的十分重要的信息。已有的研究證實，處于不同磨損時期磨合磨損期、正常磨損期、異常磨損期的機器所產(chǎn)生的磨損微粒在形態(tài)特征上存在著較顯著的區(qū)別；不同磨損機理?穴粘著磨損、磨料磨損、表面接觸疲勞磨損、腐蝕磨損等?雪作用下所產(chǎn)生的磨損微粒特征?穴形狀、尺寸、表面形貌、數(shù)量、分布等也存在著較大差異；不同運動形式和不同材質(zhì)的摩擦元件所產(chǎn)生的磨損微粒在形態(tài)特征和材料組成上也有著顯著的不同。因此，通過對磨損微粒形態(tài)?穴包括宏觀與微觀上的?雪、數(shù)量、尺寸分布和成分等特征的分析，能夠查明機器潤滑與磨損故障的模式、程度及機器所處的狀態(tài)，確定故障發(fā)生的原因，從而為進一步的設(shè)備維修決策提供依據(jù)。由于潤滑油樣的采集可以在不停機、不解體的情況下較為方便地進行，對油液中磨損微粒的分析可在機器運行的同時動態(tài)實施。實踐證明，只要方法得當，油液中磨損微粒的分析能夠在故障發(fā)生的早期便發(fā)現(xiàn)潛在的或正在出現(xiàn)的問題，這對于設(shè)備預(yù)防性維修具有特殊的意義。不言而喻，將設(shè)備在用潤滑油的品質(zhì)、污染指標的監(jiān)測與油中磨損微粒的分析有機結(jié)合，形成在一定程度上互為因果的設(shè)備摩擦學狀態(tài)監(jiān)測體系，對于提高實際設(shè)備故障的預(yù)警水平、制定更為科學的換油周期和設(shè)備維修計劃意義重大。有關(guān)油液分析的內(nèi)容和方法（如常規(guī)理化指標、鐵譜和光譜分析），取樣頻率、方法及規(guī)則等可參見有關(guān)書籍文獻。 現(xiàn)代水泥生產(chǎn)企業(yè)在采用油液分析作為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷過程中，可先與高等院校、專業(yè)油品檢測機構(gòu)合作，從送油樣檢測分析、培訓專門人員積累經(jīng)驗入手，到購置必備儀器開展現(xiàn)場監(jiān)測工作。要做到定機組、定周期、定儀器、定人員地進行，堅持不懈才能取得良好效果。 ４ 結(jié)束語 對于現(xiàn)代水泥粉磨設(shè)備，油液監(jiān)測、鐵譜分析與診斷技術(shù)有其不可取代的地位和優(yōu)勢。隨著計算機技術(shù)、圖像分析技術(shù)和模式識別技術(shù)用于油液監(jiān)測和磨粒自動識別，克服了其在應(yīng)用時依賴于人的知識、經(jīng)驗的因素，為水泥企業(yè)運用該技術(shù)，提高設(shè)備管理水平奠定了基礎(chǔ)。 |
