基于振动监测的水泥立磨故障诊断分析

秦少锋，水 龙

（1.杭州安脉盛智能技术有限公司，浙江杭州 310051；2.西安寄云科技有限公司，陕西西安 710077）

0 引言

随着改革开放的进一步深化，基建项目繁多，水泥行业行情暴涨。为提高生产效率，水泥厂产线高度自动化。为保证生产连续平稳，业内对设备的可靠性提出了更高的要求，各生产企业纷纷寻求变革突破，探寻最新科技。但是水泥厂旋转设备类型多，转速范围广（10～3000 r/min）且部分工艺现场环境恶劣，传统的点巡检、离线诊断已经难以适应当前生产企业的需求。

随着物联网技术的发展，故障诊断技术结合最新的物联网、大数据等先进科技，形成了以无线传感器、边缘计算、云平台三维一体的新一代PHM（Prognostics Health Management，故障预测与健康管理）技术，能够通过机理分析、机器学习等先进技术，实现对生产企业数以万计的设备进行全生命周期状态监测。

但是水泥厂普遍存在台账信息不全问题，部分设备因多次技改等原因录入信息与实际不符，另外设备学习需要大量的案例支撑，通过在线状态监测分析工具判别复杂设备故障仍是当前状态监测行业的常态。

1 水泥厂减速机监测现状

水泥厂主要旋转设备中减速机数量最多，分布在厂区的各个工艺区间，并且备机数量少或没有备机。对减速机实施监测状态尤为重要。

减速机在运行中，其运行状态与故障的征兆主要由温度、润滑油中磨粒的含量及形态（铁谱技术）、减速机的振动及辐射的噪声、齿轮传动轴的扭振和转短、齿轮齿根应力分布等构成。但是由于工业现场测试的条件、分析技术以及资金所限，相对来讲振动和噪声（特别是振动）是目前公认的最佳征兆提取量，它对减速机的状态变化反映迅速、真实、全面，能很好地反映绝大多数齿轮、轴承和轴系故障的性质、范围，并且有很多先进有效的分析方法可供选用[1]。

目前，振动监测常用分析工具包括幅值趋势分析、历史对比分析、时域分析、频谱分析、包络分析、倒频谱分析等。针对水泥磨减速机的特点和常见故障形式，采用在线振动监测提取设备运行振动参数数据，通过监测系统的幅值趋势变化、时域、频域和包络实现对减速机状态的监测与诊断[2]。

2 水泥立磨减速机参数及测点布置

某厂水泥立磨减速机的生产厂家为重齿机械有限公司，型号JLP330B，输入转速为990 r/min，速比38.293:1（图1）。

图1 水泥立磨现场

设备的振动测点一般选择3 个方向，分别是水平（H）、垂直（V）、轴向（A）进行测量。因为设备结构不同，不同的故障在不同的方向上表现不一样[3]。综合客户的要求，该减速机测点布置如图2 所示。

图2 减速机测点布置

由于现场环境限制，传感器均按照在减速机壳体表面。结合现场实际情况，传感器选用因联无线振动温度一体式传感器：频响1～10 Hz（±1 dB），采样率25.6 kHz，量程为±50 g，工作温度-40～70 ℃。

3 数据分析

2019 年7 月16 日，减速机输入轴驱动端H 包络幅值开始增大，趋势上升明显，速度与加速度幅值上升不明显，其余测点振动幅值上升较小。

在图3 的输入轴驱动端H 包络频谱图中，存在明显的213.125 Hz 倍频，同时底噪抬升。从图4 的加速度波形图中，也能看到明显的213.125 Hz 间隔冲击。根据客户提供的轴承型号29348E，查询该轴承的故障频率，发现内圈故障频率为转频的12.9 倍，即213 Hz，判断29348E 轴承内圈存在故障。

图3 水泥磨减速机输入轴驱动端H 包络趋势图

图4 水泥磨减速机输入轴驱动端H 包络频谱图

2019 年8 月28 日，客户安排停机，输入轴解体检修，发现轴承滚动体存在明显的磨痕，内圈也磨损严重（图5）。检查后更换输入轴轴承。

图5 水泥磨减速机输入轴驱动端H 加速度时域图（2019-08-06 09:08:47）

2019 年7 月16 日，包络幅值趋势上升。2019 年8 月28 日停机检修，检修后包络幅值正常、趋势平稳（图6～图8）。在故障的早期阶段包络幅值上升较快，随后包络值开始下降[4]；但由于是减速机高速轴轴承故障，轴承劣化速度也很快。本次故障中温度全程基本无变化，但包络幅值变化较大、反应灵敏，说明包络解调技术在轴承诊断故障中优势所在[5]。

图6 水泥磨减速机输入轴解体情况

图7 水泥磨减速机输入轴驱动端H 包络趋势

图8 水泥磨减速机输入轴驱动端H 温度趋势

4 结论

相比于油液、声发射等技术，振动监测是一种非常有效且经济的状态监测方式，在水泥磨减速机输入轴轴承故障早中期包络幅值变化明显。此次轴承故障中，传感器的温度监测没有变化，反映出温度是一种比较滞后的监测手段。水泥厂存在大量的减速机设备，振动监测是一种非常有效的方式。