擠壓機在線監(jiān)測與故障診斷的應用
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摘要：國內各領域旋轉設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術應用已較為普及，但由于擠壓機屬于低速、重載、變速的特殊性，目前國內擠壓機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術還存在一定的難度。本文論述了擠壓造粒機在狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方面的技術原理，以及擠壓機軸承、齒輪故障判斷方法。
關鍵詞：擠壓機；故障；監(jiān)測診斷；高清技術；圓坐標
目前國內各領域旋轉設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的應用已較為普及，由于擠壓機屬于低速、重載、變速的特殊性，國內在擠壓機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術存在一定的難度。隨著科技的發(fā)展，技術理論研究、監(jiān)測軟硬件的開發(fā)與應用，在國外已經取得突破性進展。2014年獨山子石化公司乙烯廠安裝了瑞典SPM第一臺擠壓機在線監(jiān)測系統(tǒng)開始，隨后陸續(xù)安裝5臺擠壓機在線檢測系統(tǒng)，從此展開了擠壓機在線監(jiān)測工作。
1擠壓機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷原理
化工擠壓機結構復雜、軸承、齒輪、等關鍵部件較多，運行中的擠壓機屬于低速、變載、重載、干擾信號較多且工況環(huán)境復雜，獲取有效信號及處理難度較大，如果采用常規(guī)的振動頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信息往往被背景噪聲所湮沒，容易引起誤判或者漏判，很難起到想要的效果。引進SPM擠壓機的故障分析技術，不再局限于振動分析作為唯一的測試手段，不再以常規(guī)的基于直角坐標系振幅的高低作為判斷齒輪故障的依據，而是建立在以高清沖擊脈沖信號的基礎上，專門針對軸承的早期故障進行分析，分別以HDm/HDc表示軸承的損傷程度和潤滑狀態(tài)。通過數據處理單元對沖擊脈沖信號，加以轉速波動處理，征兆增強功能，過濾干擾信號，突出有用信號，從而使故障診斷提前3-6個月。SPM在齒輪箱故障診斷方面，采用高清包絡技術，同時結合時間同步平均、虛擬轉速等技術特點，對信號進行時域分析的圓坐標技術，圓坐標系在采樣時，采用轉速傳感器來進行采集相位界定，每轉一圈，采集一次完整信號，并將每轉時間和對應的轉動角度聯系起來，形成一一對應關系，將直角坐標圖形轉變?yōu)閳A坐標圖形。完全減少了常規(guī)的大量數據的計算，這樣將對齒輪箱的故障診斷變得直觀、簡單。
2監(jiān)測系統(tǒng)的組成
監(jiān)測系統(tǒng)是瑞典SPM公司生產INS10系統(tǒng)，由INS10監(jiān)測硬件和RUBY分析軟件2部分組成。INS10主要由數據采集單元、雙T傳感器、相位探頭、相位連接線等組成。采集單元通道可以連接振動、沖擊脈沖、轉速、溫度傳感器等進行數據采集和傳輸。
3測點的布置
3.1沖擊脈沖傳感器
在主減速箱3號軸徑向軸承端、4號軸止推軸承端分別安裝沖擊脈沖42000傳感器。用于時時檢測此處軸承的運行狀態(tài)及潤滑狀態(tài);故障預防及合理運維。如圖一。
3.2雙T傳感器
雙T傳感器SLC144B是SPM研發(fā)的雙用途傳感器，可以同時采集沖擊脈沖信號也可以采集振動信號，安裝位置分別在主電機的驅動端和非驅動端軸承座上、主減速箱、齒輪泵的1#軸、2#軸、3#軸、4#軸的軸承端，同時采集軸承信號和軸及齒輪信號，雙T傳感器最大優(yōu)勢，在于硬件很好的把軸承信號和其他振動信號區(qū)分開；更加有利于分析。
4圓坐標技術應用
圓坐標系在采樣時，采用轉速傳感器來進行采集相位界定，每轉一圈，采集一次完整信號，再轉一圈，再采集一次完整信號，并將每轉時間和對應的轉動角度聯系起來，形成一一對應關系，將直角坐標圖形轉變?yōu)閳A坐標圖形，如下圖所示。
5主要的故障與判斷方法
擠壓機主要故障采用高清振動技術和沖擊脈沖技術相結合，在很大程度上實現了信號的區(qū)分和抗干擾能力，使故障變得更加清晰、更加準確，并且實現量化故障程度。
5.1軸承故障
軸承故障大部分是由多種外因引起的疲勞、磨損、塑性變形、保持架損壞以及膠合等；同時由于自身的安裝不正、潤滑不良、品質差、磨損等導致的軸承失效。軸承故障的早期信號,振動頻率一般在20KHz-60KHz的范圍,隨著軸承故障的發(fā)展和劣化增大,信號頻率范圍也隨之發(fā)生變化,特征頻率在500Hz-10KHz范圍,這個發(fā)展變化過程中普通振動信號通常難于發(fā)現!沖擊脈沖（SPMHD）技術,可以在20-60KHz的范圍內,及時發(fā)現軸承信息,并可以利用SPMHD技術的HDm/HDc,發(fā)現潤滑狀態(tài)及軸承的早期故障狀態(tài).其中HDm代表軸承的故障程度值，HDC表示軸承的潤滑狀態(tài)值。
5.2齒輪故障
齒輪箱的常見零部件故障,齒面磨損、齒面擦傷、齒面接觸疲勞、斷齒、軸不平衡、不對中、彎曲已經滾動軸承故障等。采用TSA時間同步平均技術，將齒輪的嚙合頻率和邊帶，提高信噪比，讓齒輪的有用信息更加清晰，讓干擾信號減弱。引入轉頻追蹤技術時時跟蹤轉速變化，虛擬轉速測試技術，使得齒輪箱每個齒輪和每根軸都可以得到清晰分析結果，解決了有些變速箱內部，齒輪轉速難以測量的問題；在信號弱和低能量的情況下。加入了增益調整功能，提高了信噪比，確保齒輪的嚙合信息得到加強，和齒輪嚙合無關的信號得到抑制。
6軸承與齒輪故障案例分析
全密度2線擠壓機30VE73504點HDc值波動比較大:從下圖中可以得出以下3點：（1）HDm值波動范圍越來越大；（2）HDm值增大的速度越來越快；（3）前期HDc值波動較小，之后波動增大。30VE73504點的軸承已出現故障。從圖中頻譜可以看出當輸入軸30VE73504點報警時，其頻譜圖的主要特征率是軸承滾動體的故障頻率。說明輸入軸輸入端軸承的滾動體已出現故障。12月4日輸入軸30VE73504點HDm值出現最大值40后，對主減速箱進行頻譜分析，圖中顯示主減速箱振動加速度在50~80m/s2波動，最大值超過了80m/s2。與主要齒輪磨損征兆相吻合,圓坐標圖直接顯示齒輪有磨損情況。12月8日建議停機檢查,對齒輪進行了外觀檢查，發(fā)現高速齒嚙合接觸面不均勻。圖中齒輪高亮處是兩齒輪嚙合接觸面，看出輸出軸高速齒右端接觸面積明顯變小，說明高速齒支撐軸承滾動體、滾道發(fā)生故障從而導致軸承游隙變大，因此產生如圖這種現象。高速齒輪支撐軸承滾動體沿滾動體軸向方向發(fā)現了磨損、銹蝕狀況，原因是高速檔長期運行，高速齒輪支撐軸承各部位沒有相對轉動，在齒輪嚙合的高頻沖擊下，軸承滾動體、滾道發(fā)生磨損、點蝕。此次狀態(tài)監(jiān)測優(yōu)質高效完成故障發(fā)現、判斷、處理，積極配合生產車間快速準確地消除擠壓機的隱患。
參考文獻:
[1]楊國安.《滾動軸承故障診斷使用技術》.中國石化出版社.
[2]丁康,李魏華,朱小勇.《齒輪及齒輪箱故障診斷技術》.機械工業(yè)出版社.
作者：陶軍 呂嘉琪 單位：新疆克拉瑪依市獨山子石化乙烯廠