浅谈设备精密诊断技术的实践与应用

孟凡朋，胡立新

（山东莱钢永锋钢铁有限公司，山东 德州 253000）

1 精密诊断技术和设备点检定修相结合

在以往的设备点检定修管理中，诊断设备故障主要是依靠“五感”或借助简单的测温枪、听音棒等仪器来获取设备表象参数，然后根据经验分析判断设备状况，这种传统的设备故障诊断方法有以下不足：

（1）不能及时发现设备存在的隐患。等发现设备异常时往往设备缺陷已经发展到后期或末期阶段，必须立即进行检修，对生产稳定运行造成不利影响，同时增加了检修难度和维修成本。

（3）设备检维修后的验收手段欠缺。设备检修后进行验收时，仅依靠听音棒、针式测振仪来检测设备声音和振动，无法有效检测设备潜在隐患。

针对以上设备基础管理不足，装备工程部充分发挥设备精密诊断技术在设备基础管理中的作用，以设备精密诊断为抓手，结合岗位巡检、专业点检，检测掌握设备状态参数，根据设备劣化趋势开展状态维修。各厂部精密诊断小组成员对A、B类旋转设备进行月度覆盖检测，并对振动数据进行分析诊断，发现设备早期故障信号，并准确判断设备异常部位，根据设备状态及隐患劣化倾向为设备维护提供科学依据，并对检修后的设备状态进行检测评估，实行闭环管理。

2 建立A、B类旋转设备振动状态数据库

钢铁企业旋转设备多、振动数据量大、实时性强、数据价值高。公司利用精密诊断仪器不间断采集设备振动数据，不断丰富设备振动数据量，并对振动数据进行分类及保存，逐步建立设备振动大数据库。建立统一的振动数据格式要求，以规范振动数据管理，为数据分析应用提供了多维度数据基础，深度挖掘数据内涵，为设备精密诊断提供数据支撑。

3 典型轧钢设备常见滚动轴承电蚀故障产生原因分析和诊断方法

3.1 电蚀产生原因分析

电蚀是由于电流的通过造成接触表面材料的移失。电压过大时，当电流通过滚动体和润滑油膜从轴承的一个套圈传递到另一套圈时，由于绝缘不适当或绝缘不良，在接触区内会发生击穿放电。在套圈和滚动体之间的接触区，电流强度增大，造成在非常短的时间间隔内局部受热，使接触区发生熔化并焊合在一起。当电流泄漏（电蚀波纹状凹槽）时，表面损伤最初呈现浅环形坑状，一环形坑与另一环形坑位置接近并且尺寸很小。即使电流强度相对较弱也会发生这种现象，随着时间的推移，环形坑将发展为波纹状凹槽。只能在滚子和套圈滚道接触表面发现这些波纹状凹槽，钢球上则没有，只是颜色变暗。这些波纹状凹槽是等距的，滚道上的凹槽底部颜色发暗。如图1所示。

由于轧钢机大都是变频电机，普通电机在设计时主要考虑电机的过载及过负荷能力、启动效率和功率因数，而变频电动机，由于临界转差率与电源频率有关，反比于电源频率，因此，过载能力和启动效率不需要过多考虑，而需要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力，也就是说要对磁路不平衡有解决措施。同理对应的设计结构也应该考虑到非正弦波电源对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，特别是消除轴电流的影响，电机轴电流的产生是因为在电机的轴、轴承、轴承套、端盖和机座所组成的磁回路中，由于随时间变化产生交变的磁通，在轴上产生感应电动势，从而产生感应电流，当电流流经轴承时形成电蚀现象。

轴电流的产生要有2个条件：

（1）产生交变的磁通，在轴上产出不平衡电动势。

（2）要有闭合回路，相当于闭合的通道，有轴电流流经的闭合回路。

2.2.2.1 参评因素的选取 结合实际环境以及区域特点，采用DELPHI法，选取了灌溉保证率、地貌类型、耕层质地、土层厚度、障碍层、有机质、有效磷、速效钾8项参评因素。

我们正在逐步消除电蚀现象，一种方法是在电机的轴承部位采用绝缘轴承来阻断轴电流的回路，使其不能闭合，形成不了通路，从而达到保护轴承的目的。另一种方法就是对大型电机两端轴承采用碳刷接地，即在前轴承（负荷侧）增加一对刷握和接地碳刷，接地碳刷必须直接接地，接地点必须牢固、可靠，使轴电流不经过轴承直接流入接地点，避免在轴承上产生电腐蚀。分析现场电机结构和现场分布，更换绝缘轴承，备件周期长、费用高，因其工期紧，所以准备通过增加接地碳刷的方法来解决现场问题。

3.2 用实例来验证电蚀故障诊断方法

自2021年全面系统开展设备精密诊断工作以来，利用精密诊断技术先后发现处理多起重大设备隐患，比较典型的是轧钢厂发现的一起轴承故障，现将此煤气引风机电机轴承电蚀分析诊断案例分享如下。

（1）设备相关参数

表1

（2）数据分析

用SPM翡翠振动仪进行检测，图2冲击脉冲频谱中，出现轴承外环故障频率（55.47Hz）及其谐波，冲击脉冲HDm最大值26HDn，处于报警状态；图3加速度频谱1700～3100Hz之间，出现等间隔的轴承外环频率，符合典型轴承电蚀故障图谱；图4加速度时域频谱中，存在等间隔的周期性冲击信号，间隔时间与轴承外环故障频率相符。

（3）问题判定

根据振动数据及图1、图2、图3综合分析判定，属于轴承外圈电蚀故障。

（4）处理措施

利用停机时间对电机轴承进行更换。

（5）结果验证

根据诊断结论，对电机轴承进行解体检查，发现轴承外圈出现明显的搓衣板状条纹，手摸有触感，与前期分析诊断结论一致。如图5所示。

4 精密诊断技术取得的效果

2021年1～12月实际诊断设备11429台套，实现了A、B类旋转设备精密诊断全覆盖，共浮现设备隐患2254项次。通过分析、归纳振动历史数据及设备隐患类别，充分发挥精密诊断数据分析优势，优化设备点检润滑标准2000余项、完善设备维护标准1300余项，可以更好地指导设备基础管理。

通过精密诊断隐患分类分析，针对设备贫油占比较高现象，从润滑周期、油质、定量、方法、人员执行等方面采取针对性改善措施，优化设备点检润滑等基础工作，取得了明显成效。2021年度设备贫油占比持续下降，由40%（年初）降至25.4%（12月份）。

实践证明，精密诊断技术在公司设备管理中具有非常重要的现实意义，可以精确诊断设备存在的隐患，延长设备寿命，有效降低设备故障率，减少设备“过维修”或“欠维修”的现象。