矿山烧结环冷风机故障诊断

于广宇，张宝海，张华良（鞍钢集团矿业公司设备检修协力中心，辽宁鞍山 114043）

研究与开发

矿山烧结环冷风机故障诊断

于广宇，张宝海，张华良
（鞍钢集团矿业公司设备检修协力中心，辽宁鞍山 114043）

利用便携式振动检测设备Leonova与手持设备Ti20热像仪，对大量烧结环冷风机进行检测、数据采集与分析，根据标准来评定烧结环冷风机设备的运行状态，发现具有潜在故障的风机，找出故障来源，提出解决方案，为设备管理者提供科学、合理的维修建议，保证设备稳定运行。

烧结；故障诊断；振动频谱分析；环冷风机

21世纪以来，科技水平的高低成为企业之间主要竞争力的体现。在重工业企业中，由于钢铁行业成本的压力，竞争的核心转为机械产量多少和性能水平高低。随着机械设备的使用时间逐渐增加，机械会伴有老化或故障出现，研究机械使用失效程度、原因及机理对工程实践有重要的参考意义。

目前，在鞍钢矿业集团生产运行的大型风机有80多台，应用于选矿、烧结等生产工艺过程。本文以鞍钢矿业集团东鞍山烧结厂烧结车间环冷风机为例，对风机故障诊断进行了介绍。该故障诊断方法应用于生产实践，保证了机械运行良好、生产顺行，无安全事故发生。

1　矿山风机振动参数标准

1.1建立振动烈度相对标准的方法

以国际标准《ISO2372》和《ISO3945》为参照，如表1所示，以 《鞍钢矿山企业风机系统振动标准》和《通风机振动精度（JB/TQ334-84）》［1］为基准，制定用于滚动轴承简易诊断的标准，可分为以下三种［2］：

（1）绝对判定标准。绝对判定标准是指用于判断实测振值是否超限的绝对量值。

（2）相对判定标准。相对判定标准是指对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障情况下的振值为基准，根据实测振值与该基准振值之比来进行判断的标准。

（3）类比判定标准。类比判定标准是指对若干同一型号的轴承在相同条件下同一部分进行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准。

表1　国际标准ISO2372与ISO3945

《ISO2372》是在标准和规范规定的检测方法的基础上制定的，但在现场环境下，按照规定的方法适用于所有轴承进行振动检测的绝对判定标准是不存在的。

由于目前企业中运行着数台机型相同、规格相同的设备，也存在不同种类但本质结构相似的设备，这些设备一旦出现故障，诊断的思路和检修的方法是类似的。即掌握一种机械检测技术，可采用类比的方法对其他相似类型机械进行检测。相同条件下通过现场大量检测与统计测试会有经验和规律可循，从中相互比较作出判断来制定标准，这些类比的标准会更加实用与方便，所以应优先采用类比标准。

1.2建立振动烈度类比标准

建立振动烈度类比标准有以下4个基本原则：

（1）以同类设备中振动状况最好的设备作为基准（上表中的参考设备）；

（2）从上一年全年的检测数据中筛选出基准设备的最大振动值和最小振动值；

（3）计算基准值。即基准值=（最大值+最小值）/ 2=平均值。

（4）通过大量现场计算确定参考基线A值为2.5，以小于1 kHz分量相对基线变化2.5倍（8 dB），即6.25 mm/s作为状态发生重要变化的正常理由；若参考基线上增加10倍（20 dB）即25 mm/s，则意味着机械需要修理。

以临界值设为基本阈值，建立检测标准。分为良好、合格、较差，如表2所示。

表2　风机振动检测标准

2　故障诊断

2.1设备概况及测点

鞍钢集团矿业公司东鞍山烧结厂烧结车间环冷风机的风机叶片为12片，使用传感器在设备轴承座、电机驱动端两侧进行水平（H）、垂直（V）、轴向（A）三个方向采取测点数据信号，如图1所示。风机结构及测点如图2所示，环冷风机设备相关参数如表3所示。

图1　传感器测量设备点方向

图2　东鞍山烧结厂环冷风机系统结构示意图

2.2疑似故障

从2012年10月份到2013年2月份，鞍钢集团矿业公司东鞍山烧结厂3#环冷风机轴承座测点1，即风机轴承座（靠近风机端）水平幅值有明显升高，阈值振幅超过了25。检测时间段振动幅值如表4所示，轴向振动趋势如图3所示。由图3可知，2012年6月之前振动幅值趋于平稳，没有故障征兆。

表3　风机相关参数`

表4　环冷风机轴承座测点1振动幅值前后比较

图3　环冷风机轴承座测点1轴向振动趋势

2.3振动频谱图分析

2012年10月到2013年2月振动频谱如图4、图5所示。

图4　2012年10月环冷风机轴承座测点1轴向振动频谱图

该测点1倍频即12.5 Hz处振动幅值上升，由20 mm/s增加到30 mm/s，增加近1.5倍，趋于恶化。如图6、图7时域信号冲击图所示，捕捉到有趋于正弦波图形趋势，其1个周期大约是（0.8～ 0.6 s）/2.5=0.08 s，1/0.08=12.5与1倍转频值相对应，在此波形内引起震荡。综上所述，怀疑是不平衡现象引起的。

图5　2013年2月环冷风机轴承座测点1轴向振动频谱图

图6　2012年10月环冷风机轴承座测点1轴向时域信号冲击图

图7　2013年2月环冷风机轴承座测点1轴向时域信号冲击图

2.4轴心轨迹分析

2013年2月检测时发现风机轴承测点1水平与垂直相位差在90度左右。轴心轨迹图像如图8所示。因为椭圆形为不平衡现象的特征图形，又因为该图有趋向椭圆形的发展，故怀疑是由于风机转子不平衡而造成靠近风机轴承座速度振动幅值急剧升高。

2.5热成像分析

用红外热像仪捕捉环冷风机表面发出的红外辐射，显示物体表面辐射能量密度的分布情况，利用温升（温升=目标温度-环境温度）分析该风机。图9为2013年1月热成像，当时目标温度为-5℃。

图8　环冷风机风机轴承座测点1（靠近风机端）轴心轨迹

图9　环冷风机热成像

鞍钢集团矿业公司设备检修协力中心采用同机不同期和同期不同机两种方法进行比较，如表5所示点位1到4分别表示电机轴承两侧、靠近电机轴承和靠近风机轴承。

表5　环冷风机各点位热成像温升值变化趋势　℃

经过同一风机 （3号环冷风机）2012年10月与2013年2月比较，结合同一类风机（1号环冷风机）同一月温度变化。发现温度差异最大是在4号点，即靠近风机位置的轴承座处有异常温度指标。怀疑轴承座、轴、风机转子之间的连接存在故障，由于摩擦严重致使该点温度升高。结合其他指标，怀疑该故障为不平衡现象，不平衡很可能来源于风机转子内部某结构。

2.6故障诊断报告

通过几个月跟踪，结合振动检测与热成像可知：在风机轴承（靠近电机端）频谱显示中1X转频有明显突出情况，速度、位移幅值有明显升高，已经逐渐达到风机振动标准的危险区，时域冲击信号整体呈正弦波图形，轴心轨迹近似为椭圆形，初步判断为风机转子出现不平衡问题。通过以往经验及历史情况，故障极有可能出现在叶片上，应停机检查风机转子。

3　现场检修

3号环冷风机现场拆卸图见图10。检修拆卸后发现，风机叶片上有2个直经约20 mm以上的缺口，磨损严重的一端厚度为2 mm，另一端为5 mm，属于损坏比较严重的情况。验证了频谱不平衡的现象是由于风机内部结构发生严重变化导致的。如果磨损持续下去，将对整个风机造成重要影响。

图10　3号环冷风机现场拆卸图

4　维修效果与复查

经过维修后，又对该风机进行了1年的观察，发现振动值与温度都在正常范围内变化，可以认为1年之内该风机没有再出现类似故障。3号环冷风机各点位热成像温升值对比见表6，3号环冷风机振动趋势见图11。

表6　3号环冷风机各点位热成像温升值对比　℃

图11　3号环冷风机振动趋势

5　结语

目前，在鞍钢矿业集团生产运行的大型风机有80多台，应用于选矿、烧结等生产工艺过程。通过对关键风机实施状态监测，能及时了解和掌握设备的运行状态，提前发现设备出现的异常状况，分析判断设备可能出现的故障部位及劣化趋势，查明风机振动异常和导致寿命降低的原因，尽早处理解决问题，使风机恢复正常运行状态。此外，还可以细化该类风机自身的判定标准，为现场设备点检标准的制定和设备日常维护提供依据。鞍钢集团矿业公司设备检修协力中心故障诊断室会继续统计更多的设备运行数据，建立更加完善、精确的风机振动检测标准。

［1］机械工业部石化通用机械工业局.JB/TQ334-84 1984.3通风机振动精度［S］.北京：机械工业部出版社，1984.

［2］胡军，官文军.专业点检使用轴承故障诊断法［M］.鞍山：鞍钢股份有限公司，2008.

（编辑贺英群）

Fault Diagnosis of Circular Cooler for Sintering in Mining

Yu Guangyu，Zhang Baohai，Zhang Hualiang
（Equipment Maintenance Cooperation Center of Ansteel Group Mining Corporation，Anshan 114043，Liaoning，China）

A large number of circular coolers for sintering were checked by the portable vibration testing equipment Leonova and the handheld Ti20 thermal imager for collecting the data to be analyzed.In accordance with the specifications the operating state of the circular coolers for sintering was judged so as to detect the circular coolers with possible incipient failures so that the sources of failures on the part of these coolers and corresponding solutions can be worked out，which can provide the scientific and reasonable maintenance suggestions for the equipment managers to ensure the stable operation of the equipment.

sintering；failure diagnosis；vibration spectrum analysis；circular cooler

TH44

A

1006-4613（2016）04-0016-06

于广宇，助理工程师，2014年毕业于南阳理工学院机械设计制造及其自动化。E-mail:guangyuyu7@163.com

2015-01-29