通过振动状态监测排查煤磨主减速机故障

古金华

1 前言

我公司利用引进的设备状态监测与故障诊断技术，成功排查出多起设备故障隐患，提高了设备运转率，有效降低了生产成本。本文主要介绍利用振动状态监测技术，发现并解决了1号煤磨主减速机中速轴轴承故障的案例。

2 设备及状态监测方式基本情况

我公司有两条5 000t/d熟料生产线，配置两套ϕ3.8m×（7+2.5）m风扫煤磨。煤磨主减速机为SEW-传动设备（天津）有限公司生产，型号为ML2PSF120。

我公司采用上海华阳的设备在线监测系统与离线PMS设备点巡检管理系统（HY-106C手持式测振仪）采集数据、分析时域及频域，根据设备各部件特征频率的差异判断故障情况。

3 油液状态监测现象

1号煤磨主减速机润滑油上次更换的时间为2014年5月29日，润滑油状态监测方式为离线监测，以季度为周期。在设备正常运转时从固定油液取样口取油样，送至油液检测实验室，对油液的40℃运动粘度、总酸值、水分、抗乳化性能、污染度及PQ指数（即润滑油液中铁磁性金属颗粒含量）等理化性能指标进行检测，通过跟踪各指标的变化情况来分析润滑油性能及设备磨损情况。

该减速机每季度油液检测均未发现异常，PQ指数在10～20之间变化（PQ指数参考值≤50）。所以该设备至发现故障隐患时，油液状态监测方面未发现异常，未检测到故障隐患。

4 振动状态监测现象

4.1 测点布置及符号意义（图1、表1）

该减速机设置了六个测量部位，每个部位分别对轴向、水平及垂直三个方向进行振动数据的采集，其中轴向及水平方向测量振动速度（6号测点因位置及安全因素未测水平方向振动），垂直方向测量振动速度及加速度。

4.2 减速机频率（表2）

图1 ML2PSF120减速机内部结构及振动测量点示意图

表1 测点符号及意义

表2 减速机频率信息表

4.3 滚动轴承故障的振动诊断方法说明

滚动轴承故障的振动诊断方法有：简易振动诊断法，频谱分析法，倒频谱分析法，冲击脉冲法，共振解调法，噪声分析法等。本文故障诊断案例主要运用的分析方法为前两项，即简易振动诊断法及频谱分析法。下面对这两种分析方法做简要说明：

（1）简易振动诊断法：用某些振动的参数（如峰值指标、峭度指标、脉冲指标等）判定轴承的工作状态。

图2 峰值指标图例

a峰值指标（图2）：即，峰值与有效值的比值。峰值指标不受振动信号绝对大小的影响，适用于检测滚动面剥落与裂纹等故障，但不适于检测磨损。当设备无故障时，峰值指标a≈5，随着故障的出现和发展，峰值指标上升，b＞10，故障发展到一定程度后又逐步变小至c≈5。

图3 峭度指标Ku的概率密度函数图例

b峭度指标Ku（图3）：指波形的尖峭程度，判断轴承有无冲击。当设备无故障时峭度指标为3左右，随着故障的出现和发展，峭度指标上升至10～15，甚至更高，而故障发展到一定程度后又逐步变小到接近于3。

（2）频谱分析法：即用轴承的故障特征频率来识别滚动轴承的故障。当润滑与安装都良好的滚动轴承元件发生故障的时候，可能会有轴承的内外圈滚道、保持架或滚动体的缺陷，当滚动体通过缺陷位置时，发生冲击，而产生周期性故障冲击脉冲。冲击发生的周期由缺陷的部位决定，通过测量缺陷的频率，可以判断轴承的缺陷发生的部位。

4.4 煤磨主减速机轴承故障分析

2016年12月24日，1号煤磨主减速机在线监测系统及HY-106C测振仪采集的数据，均发现减速箱出现异常冲击现象。下面分别用简易振动诊断法及频谱分析法来判断故障部位。

（1）简易振动诊断法

监测发现1号煤磨主减速机5V测点加速度时域波形有明显的冲击信号，时域峭度指标指示值高达56.25，峰值指标指示值高达17.91（见图4）。根据上文4.3（1）内容，推测该减速机内部有某一轴承可能发生局部故障。

（2）频谱分析法

监测发现1号煤磨主减速机5V测点加速度时域波形图中出现了间隔频率为44.7Hz的冲击信号及间隔频率为5.6Hz的调制信号，见图5。对照表2，发现44.7Hz频率为减速机第二轴轴承22338的内圈通过频率，而5.6Hz为减速机第二轴的转速频率（5V测点加速度数据采集时，设置数据点数为16码384、频率带宽为5 000Hz，所以数据分辨率＝5 000÷（16 384÷2.56）≈0.78Hz）。冲击发生的周期由缺陷部位决定，说明该减速机的缺陷部位在减速机第二轴轴承22338的内圈滚道上，即：减速机第二轴每转一圈（即轴承内圈转一圈），轴承有3个滚动体在轴承受力面通过内圈缺陷部位并形成3次冲击，而在非受力面时冲击信号不明显。在后续的跟踪监测中发现其测点的振动值也有上升的趋势。

图4 5V加速度时域指标

图6 煤磨主减速机22338轴承内圈滚道损伤图片

5 检修确认

我公司窑系统年度大修时间计划在2017年3月，原检修计划无1号煤磨主减速机轴承的更换项目，但因振动状态监测发现了减速机轴承故障隐患，并有扩展趋势，所以立即采购该减速机轴承，并在设备大修时进行了更换，确保了1号煤磨在非大修时间的安全稳定运行。图6为该减速机大修时更换下的第二轴轴承22338的内圈滚道损伤图片。

6 结语

本文所述故障属于轴承局部损伤，若通过监测润滑油中金属颗粒含量的变化，短时间内较难发现异常，而通过振动状态监测中能量冲击的变化及其特征频率，能更为及时地发现此类设备的故障信息。因此，采用新的技术手段为设备管理服务并不是单一的，多种技术手段的相辅相成才能实现设备管理由定性向定量的全面转型。■