炼钢转炉倾动机在线振动监测系统与应用

樊建忠

（宣化钢铁集团股份有限责任公司 河北张家口）

1.概述

转炉倾动机构是炼钢厂的关键设备（A类），由于价格昂贵，且预计工作寿命较长，通常没有备件储备。转炉倾动机构如在没有达到规定使用年限就发生轴承、齿轮严重损坏的情况，会给正常生产带来严重的影响。有关统计资料表明，同一批次生产的耳轴轴承，工作最长寿命与最短寿命之比为1∶2.4，差别较大。

由于炼钢厂钢产量逐年增加，设备负荷增大。转炉倾动机构处于非连续、变工况的动态运行状态，且工况恶劣，一旦停产，损失巨大，开展监测诊断工作，对降低设备维修费用，避免突发事故，有效实施预知维修，具有重要的意义。

为了及时发现故障隐患，进行预知维修管理，宣化钢铁集团股份有限责任公司与北京工业大学合作建立了一套针对转炉倾动机构的在线监测系统，以及时获取设备振动信息，防止关键零件突然失效，使设备运行在可控状态之下，合理地安排备件储备和制定设备维修计划。

该系统采集的振动信息，也为企业实施企业资源管理（ERP）设备管理子系统奠定了良好基础。

2.在线振动监测系统主要功能

转炉倾动机构在线状态监测系统主要进行转炉倾动机一次减速机和转炉耳轴的振动、转速、电机电压和电流等信号的实时采集，在运行异常时及时报警、具有动态信号分析与追忆功能。该系统是上下位机结构，下位机用于采集振动、电压、温度、压力，数据预处理和保存；上位机对参量指标实时波形显示，状态超限报警，信号趋势分析，振动信号时频分析，数据信息查询。

该系统具有数据采集和分析功能，在软件中可将仪器设置为连续采样，振动超限采样和整点采样等方式，所采集的数据按一定的存储方式进行保存，方便振动数据分析，如时域分析、自谱分析、包络分析、幅值统计等，同时也可进行振动趋势显示，直观显示出长时间范围内测点振动值的变化趋势。主要功能如下。

（1）状态监测报警。通过振动测量对设备运行状态进行监测，并对设备状态的变化做出预测，以实现运行全过程中设备状态的动态管理。幅域指标的报警，在监测指标窗的画面中，以振动幅值的底色来表示振动指标状态是否正常（白色表示振动指标状态正常，橙色表示振动指标超限）。

（2）趋势分析。对运行机组的振动数据进行记录，观察故障趋势（图1），根据情况安排检修。

图1 趋势分析

（3）时域信号分析。时域波形：显示各测点振动的波动曲线，根据波动曲线观察振动分布和大小；概率密度分析：提供振动幅值分布状态，进行比较，提取故障特征和识别模型（图2）；相关分析：包含自相关和互相关，用于分析测点时序的关联性，比较振动信号时域的规律性，排除随机振动的干扰，发现周期成分。

图2 时域波形和概率密度

图3 幅值谱分析

图4 自功率谱与相位谱

（4）频域信号分析及非稳态分析。幅值谱分析：振动信号的有限或无限个简谐函数标识的方法，反映振动信号x（t）各简谐成分的幅值与其频率的关系（图3）；自功率谱分析：自相关函数的功率谱，标识振动信号中各谐波分量的频率和能量的关系（图4）；互功率谱分析：互相关函数的功率谱，显示不同测点之间共有的谐波成分和能量的关系；倒谱分析：突出主要频率成分，识别复杂频谱图结构中的各组成分量；瀑布图：以时间为序列连续地反映在不同条件或不同的时间周期，其频谱变化的规律；小波分析：将非稳态的信号分解后返回到时域，结合频段的滤波，重组波形的时频分析手段。

图5 振动峰值趋势

图6 振动有效值趋势

图7 振动峭度趋势

图8 转炉耳轴传动侧轴承测点振动波形（异常）

3.应用实例

2007年12月1日，某厂耳轴传动侧轴承的振动幅值开始增大，而非传动侧轴承振动幅值一直稳定。

从图5和图6可以看出振动峰值和有效值有3次较大的冲击，峰值最高达到58 m/s2，有效值最高达到44；从图7中可以看出振动峭度指标有多次冲击，最高达到4。图8显示，在2007年12月1日9时转炉耳轴传动侧轴承振动出现异常，时域幅值从1.5 m/s2升到了15 m/s2，频域幅值也从1.2 m/s2增大到2.5 m/s2。

图谱和数据分析说明，转炉耳轴运行状态异常，存在故障隐患。12月11日开箱检查，发现滚动体破裂3个，轴承内外圈均有大面积点蚀，检查结果与诊断分析相符。