高立新

（設(shè)備維修智能醫(yī)院）

摘　要：高爐爐頂氣密箱是典型的低速重載設(shè)備，雖然其額定壽命是10年，但由于負(fù)載、爐溫、操作、制造和維修等多種因素的影響，仍偶爾發(fā)生軸承破碎、螺栓斷裂、尤其是回轉(zhuǎn)輪系的大型支承卡死等故障，造成電機(jī)電流過(guò)高、氣密箱無(wú)法正常運(yùn)行、高爐被迫休風(fēng)停產(chǎn)的嚴(yán)重后果。因此，必須在高爐爐頂齒輪箱的振動(dòng)監(jiān)測(cè)中提高其智能化水平，以自動(dòng)實(shí)時(shí)的獲得報(bào)警信息，再通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和故障診斷掌握其運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行及時(shí)的有針對(duì)性的維修，保證高爐爐頂氣密箱正產(chǎn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：爐頂氣密箱；振動(dòng)；智能監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)報(bào)警

0　引言

高爐是煉鐵廠(chǎng)的核心設(shè)備，而爐頂氣密箱是罐式爐頂?shù)男呐K設(shè)備, 其布料方式靈活，布料器齒輪箱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，其回轉(zhuǎn)支承、軸承、齒輪和螺栓等又是易發(fā)生故障的關(guān)鍵部件，圖1是大型回轉(zhuǎn)支承卡死故障, 造成高爐休風(fēng)停產(chǎn)數(shù)天，因此，必須采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，防患于未然。

圖1  某爐頂氣密箱回轉(zhuǎn)支承嚴(yán)重?fù)p毀

進(jìn)入鋼鐵企業(yè)智能制造時(shí)代后，為了降低在爐頂煤氣環(huán)境下人工檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的掌握氣密箱傳動(dòng)鏈運(yùn)行狀況，必須安裝以振動(dòng)為主、電流、溫度、潤(rùn)滑材料為輔的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，認(rèn)為這類(lèi)系統(tǒng)可有可無(wú)的觀念是錯(cuò)誤的，這種觀念會(huì)導(dǎo)致企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能制造。

1　系統(tǒng)主要硬件及功能

系統(tǒng)主要由無(wú)線(xiàn)傳感器、轉(zhuǎn)速模塊、路由器（現(xiàn)場(chǎng)通信采集管理軟件)、點(diǎn)檢儀、服務(wù)器（本地和遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)） 等部分組成，見(jiàn)圖2。

圖2 煉鐵高爐氣密箱振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)

1.1  無(wú)線(xiàn)振動(dòng)傳感器進(jìn)行信號(hào)采集

圖3 無(wú)線(xiàn)振動(dòng)溫度復(fù)合傳感器

圖4 無(wú)線(xiàn)采集路由器

抗干擾能力強(qiáng)的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)溫度復(fù)合傳感器（圖3）具有如下特點(diǎn)：

（1）無(wú)須在現(xiàn)場(chǎng)鋪敷連接傳感器的電源和信號(hào)纜線(xiàn)，降低了成本。

（2）自備電池給傳感器供電，避免了傳感器供電電源線(xiàn)路的干擾。

（3）傳感器的內(nèi)部電路與傳感器外殼完全隔離，數(shù)據(jù)采集部分內(nèi)裝在傳感器殼體里，輸出數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中不會(huì)變化。

（4）藍(lán)牙（Bluetooth）通信在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)候有數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳送給無(wú)線(xiàn)采集路由器。

1.2  無(wú)線(xiàn)采集路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、顯示和分析

圖4所示的路由器有藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)通信接口，它不僅可與無(wú)線(xiàn)傳感器通信，也可連接其他使用藍(lán)牙接口的物聯(lián)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更多維度的設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)。該路由器的蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口和WIFI接口使其具備較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，能夠通過(guò)3G/4G或WIFI聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器上。此外，該路由器還可以就地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（包括原始波形數(shù)據(jù)、FFT頻譜等），具有完善的就地分析工具，包括柱狀圖、波形圖、多種特征值等，具備完整的頻譜分析能力。無(wú)線(xiàn)采集路由器周期性地接收振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)，通過(guò)局域網(wǎng)或4G SIM 卡，將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器?；诎沧科脚_(tái)，內(nèi)置現(xiàn)場(chǎng)通信采集管理App，具備自動(dòng)采集和現(xiàn)場(chǎng)分析功能。

以上硬件裝置保證了系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程分析和報(bào)警功能。

1.3  遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)

為了使專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)掌握氣密箱運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)時(shí)將故障信息顯示在Web  PC端和Web移動(dòng)端（手機(jī)等），在故障信息里，有零部件型號(hào)、元件名稱(chēng)、測(cè)量值、報(bào)警級(jí)別(危險(xiǎn)、報(bào)警)和采樣時(shí)間等（圖5）。

有了以上信息，再結(jié)合峰值、有效值、峭度等參數(shù)的趨勢(shì)圖，尤其是頻譜圖，就可以較容易的判斷有故障隱患的零部件了。

圖5  實(shí)時(shí)顯示故障信息

1.4 ?用實(shí)例

無(wú)線(xiàn)振動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2020年5月投入使用，隨即對(duì)高爐爐頂氣密箱采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，2020-06-03 18:25:33上部齒輪箱振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖如圖6所示。

圖6  上部齒輪箱振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖

出現(xiàn)25.39 Hz及其諧波50.78 Hz，還有950.2 Hz，975.59 Hz，這是旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸的松動(dòng)特征；出現(xiàn) 228.52 Hz，這是22209CC的滾動(dòng)體過(guò)內(nèi)圈頻率Fi，這表明旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸的22209CC軸承磨損，由于軸承內(nèi)圈磨損，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸晃動(dòng)。

據(jù)此，廠(chǎng)里加強(qiáng)了監(jiān)測(cè)，并提前做好檢修和備件等準(zhǔn)備。

2　一種低速重載設(shè)備的監(jiān)測(cè)診斷方法

高爐爐頂氣密箱屬于低速重載設(shè)備，其特點(diǎn)是：承載量大、工作轉(zhuǎn)速低、運(yùn)行中承受較大的沖擊載荷，早期故障信息特征微弱，環(huán)境噪聲大，其中部分設(shè)備旋轉(zhuǎn)周期不完全、運(yùn)行工況呈典型的間歇性。該類(lèi)設(shè)備一旦突發(fā)故障，將給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。

低速重載設(shè)備的常見(jiàn)故障有：齒輪齒面磨損、點(diǎn)蝕、剝落、齒面鱗皺、輪齒燒結(jié)；斷齒故障；回轉(zhuǎn)支承零部件點(diǎn)蝕、滾動(dòng)體?碎、保持架斷裂；滾動(dòng)軸承零部件磨損、點(diǎn)蝕、滾動(dòng)體破碎和?外圈斷裂等；齒輪箱螺栓拉斷、螺栓松動(dòng)等。

低速設(shè)備監(jiān)測(cè)主要困難有3點(diǎn)：①低速設(shè)備故障特征難提取。由于低速設(shè)備本身的特點(diǎn)，其零部件隱患從開(kāi)始發(fā)展到故障會(huì)有較長(zhǎng)的時(shí)間。但是在突發(fā)故障前的Z后幾天，從微微有些感覺(jué)機(jī)器異常到突發(fā)故障，往往只有幾天，這種五官感覺(jué)如果沒(méi)有專(zhuān)用儀器做支撐，現(xiàn)場(chǎng)人員幾乎無(wú)法準(zhǔn)確判斷并作出停機(jī)的決定，這種情況類(lèi)似于人類(lèi)的猝死；②低速重載機(jī)器在設(shè)計(jì)時(shí)，通常安全裕度大，使機(jī)器不易損壞，所以，故障次數(shù)較少；③由于前2個(gè)原因，造成故障數(shù)據(jù)少。這使得現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)診斷人員普遍畏懼低速設(shè)備檢測(cè)診斷。

為了解決以上困難，廠(chǎng)里采取長(zhǎng)期與專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期合作的方式，積累故障數(shù)據(jù)，積極尋找低速重載設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷方法。總結(jié)了一套高爐爐頂齒輪箱振動(dòng)信號(hào)“間接診斷法”，即：下級(jí)傳動(dòng)鏈低速零部件故障會(huì)引起上級(jí)傳動(dòng)鏈高速零部件傳動(dòng)不穩(wěn)定，在上部齒輪箱高速部分測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)中也會(huì)出現(xiàn)低速零部件故障特征頻率。簡(jiǎn)單的描述就是：大型回轉(zhuǎn)支承或傾動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，在II軸的兩個(gè)齒輪嚙合頻率上通常會(huì)反映出來(lái)。

2014年7月29日，廠(chǎng)里對(duì)5號(hào)、6號(hào)高爐氣密箱用離線(xiàn)儀器做了次測(cè)試；事隔一年后，在2015年8月7日做了第二次測(cè)試；并在2016年9月2日做了第三次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)5號(hào)高爐振動(dòng)頻譜圖出現(xiàn)133.85 Hz，并且18.5 Hz處存在諧波時(shí)的幅值比前兩次上升了10多倍，由間接診斷法可知：吊掛大齒圈嚙合不好，回轉(zhuǎn)支承有故障隱患，并且隱患逐漸嚴(yán)重，及時(shí)檢修排除隱患后設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

3　結(jié)束語(yǔ)

以上實(shí)例說(shuō)明，振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效保障高爐氣密箱正常運(yùn)行，是煉鐵廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維的措施之一。

（1）性?xún)r(jià)比高的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是保證數(shù)據(jù)可靠的基礎(chǔ)。

（2）“簡(jiǎn)接診斷法”可以較為方便的判斷低速重載設(shè)備故障隱患。

（3）堅(jiān)持對(duì)鐵廠(chǎng)氣密箱等大型關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)診斷可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)維修。

參考文獻(xiàn)

［1］ 周火青，張玉奎，周金旭，龍學(xué)均.高爐并罐無(wú)鐘爐頂料罐設(shè)備故障狀態(tài)下的應(yīng)急操作［J］.設(shè)備管理與維修，2011（9）：17-18.

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（來(lái)源：冶金信息裝備網(wǎng)）