旋转机械故障诊断技术在炼钢设备的应用研究

李 震

（河北钢铁股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

我国的经济在飞速发展，国家也在大力发展基础设施建设，对钢铁的需求量日益增加，炼钢厂为了满足市场需求，必须不断扩大生产线的规模，因此会引进很多炼钢设备，但是受限于环境和员工操作意识，在日常生产当中，会出现炼钢设备故障的情况。传统的设备维修方式是坏了才修，但是这样的话就会降低炼钢生产的效率。炼钢厂针对这种情况也在不断改进技术设备，引进新的诊断技术，提高炼钢的效率，引进旋转机械故障诊断技术就是炼钢厂进行维修制度改革的重要举措，旋转机械故障诊断技术对于检测炼钢设备的状态，及时发现问题有很重要的警示作用，可以帮助员工及时发现设备存在的问题，及时处理，保障炼钢生产进度。

1 旋转机械故障诊断技术的理论基础分析

旋转机械故障诊断技术的核心是转子预警，转子是旋转机械的重要组成部分，利用转子状态监测机械故障，就是通过转子的运转现象来反映设备故障信息。当设备运行的时候，转子表现出异常声响和振动时，通过观察振动信号的特点就可以看出设备的故障情况，然后使用检测仪就可以有效检测故障位置，收集故障相关信息数据，技术人员通过对数据进行分析整理，就可以发现故障的真实情况，及时对故障进行维修和清除，避免设备继续使用造成更大的损伤。通过分析检测数据明确机械设备产生故障的原因，一般这些原因是集中在设备出现变形和老化的现象；设备自身存在一些设计缺陷；设备没有定期进行检修；设备内部零件出现误差，在精准度方面没有保证等问题。

2 炼钢设备旋转机械的故障类型

2.1 仪器松动

仪器松动是炼钢设备在日常生产活动中比较容易出现的故障之一，仪器松动比较长出现的两种形式是：螺栓松动和构件之间的松动这两种。螺栓松动是整个仪器在运行中螺栓经过长时间的工作造成松动现象；构件之间的松动是配合方面出现松动现象，比如轴承和滚圈、轴承和内圈之间出现松动等。松动现象是正常的，但是也是不能忽视的现象，如果出现松动但是没有及时进行处理，就会导致整个设备出现问题。

2.2 转子不平衡

转子是旋转机械的重要构件，起着至关重要的作用，转子方面出现问题，对于整个设备状态会产生巨大的负面影响。转子不平衡是旋转机械核心部件出现问题的根源所在，转子之所以会产生不平衡的现象，主要原因是配件长期损耗或者转子材质不合格，转子零件松动也会造成转子不平衡的现象。转子不平衡的现象也包含两种情况，动态失衡和静态失衡。转子不平衡会产生异常的振动规律，也算是有迹可循，所以就需要工作人员注意观察转子状态，及时发现转子问题。

2.3 摩擦

摩擦也是引发旋转机械故障的重要原因之一，包含的形式也比较多，比如转子和隔板之间的摩擦、定子之间的摩擦、密封件之间的摩擦等[1]。摩擦在振动方面也会产生征兆，但是摩擦久了可能会生成特定的振动频率，容易被人们忽略，继续长时间的发生，会对整个设备及零件造成损害，需要加强监测力度和频率，及时发现摩擦问题，可以通过增加润滑来防止设备和零件产生摩擦现象。

2.4 转子不对中

转子不对中可以说是在炼钢生产中引发故障的重要因素之一，甚至在其他工业生产中也容易引发问题。在滑动轮轴方面，造成转子不对中的主要原因是没有使用油膜或者油膜没有起到保护轴承的作用；在滚动轮轴方面，造成转子不对中现象的主要原因是轴承的零件损坏，如果忽视零件损坏的问题，就会对整个轮轴造成严重的质量问题。转子不对中，会加重机械的损坏情况，造成噪音和异常振动的现象发生。

3 旋转机械故障的危害

炼钢企业不断扩大规模，增加炼钢生产线和设备，并且整个生产流程基本依靠设备才能实现，因此炼钢设备很容易遭到损坏，发生故障问题。炼钢企业在增加设备投入的时候，没有建立检修和故障排除的配套机制，存在设备没有定时检查维修的情况。这样的状态会对企业的正常生产计划产生负面影响，严重的话还会造成企业的重大经济损失，一旦设备出现问题需要返厂维修，就会拖慢生产进度，影响订单交货，造成经济损失不说，严重的话还会造成人员伤亡。因此，炼钢企业在生产制造的过程中，一定要提高检修意识，定期对炼钢设备和机械进行状态检查，出现问题及时送检、及时维修，不能等到设备出现大的问题在进行检修那样的话就会对企业造成比较大的影响，一定要提前做好检修工作，尤其是针对核心部件要加强旋转机械故障诊断技术的应用，提高检修效率，保障日常生产。

4 旋转机械故障诊断技术概述

4.1 状态监测

旋转机械故障诊断技术最重要的工作就是监测设备的运行状态，通过状态监测可以实现监控设备运转的目的，这样也能保证及时发现设备的异常状态。由于炼钢设备的复杂性，导致传统的人工监测会存在盲区和误差，影响设备监测的准确性，利用状态监测系统就可以很好的进行实时状态监测，然后通过数据收集和分析，降低故障发生的频率。主要的检测方法是利用转子的特性安装振动监测装置还有安装温度传感器，通过转子运行状态和温度来监测设备的运行状态[2]。设备的监测方式可以分为在线监测、巡回监测、不定期监测这几种方式。状态监测可以完成实时监测的要求，并且自动汇总记录检测结果，然后判断设备运转情况，避免设备检修盲区。

4.2 信号处理

旋转机械故障诊断技术相较于传统人工诊断最大的优势是可以对收集的数据进行整理和分析，这样既可以节省人力，又可以保证数据的准确性。炼钢设备一般都比较复杂，设备的体积也比较大，利用旋转机械故障诊断技术对整个设备进行诊断，收集到的数据也比较多，存在很多正常数据和无用数据，必须对这些数据进行筛选，才能得到有价值的信息。传感器采集到的设备数据比较多，诊断程序一般不能对这些信息进行系统化的整理，需要工作人员进行分析总结工作，但是为了避免工作人员出现失误造成误差，在进行旋转机械故障诊断的时候，可以建立数据信息库，收集有用的信息进行整理建模，这样在之后的诊断中，就可以利用数据库信息对诊断数据进行筛选和处理，这样可以降低工作人员的压力也可以提高工作效率和准确度，数据库还可以设置自动分析功能和预警机制，当检测出异常时可以自动报警，让工作人员第一时间发现故障解决故障。

4.3 故障识别方式

机械设备在运转的时候一定会产生噪音和振动，这种噪音和振动某种程度上可以帮助工作人员观察设备的运转状态，如果设备运行时出现噪音过大或者振动幅度过大的现象，很大的可能就是设备故障引起的。因此，需要提高对这些异常现象的重视程度，利用现代化技术检测设备运行情况，建立完善自动监测、自动预警系统，取代传统人工监测和维修的体制，这样可以在一定程度上释放劳动力、缓解工作人员的工作压力，还可以保证监测的准确性和及时性。

5 旋转机械故障实例介绍

在炼钢生产中，利用震动状态进行故障诊断是很常见的现象，正常情况下，设备的运转都是有规律的，一旦出现不正常的规律，极大程度上可是能设备出现了异常。以下列举几种振动异常的情况：

（1）如果出现单一持续的波动异常，很有可能是轴承出现了一定的问题。

（2）如果振动比较轻微但是却高于正常状态下的振动状态，可能是转子轴承缺少润滑导致的。

（3）如果出现比较大的噪音，可能是由于机械零件脱离主体造成的。

（4）对于主要部件的轴承要安装转速监测装置，一旦发现轴承转速出现异常，要停止机械运行，对整个设备状态进行仔细检查和分析。

6 旋转机械故障诊断中包含的智能化技术

6.1 专家检测系统

专家检测就是利用专家的专业知识完善数据库系统的知识内容，通过汇总设备信息，专家可以对现有的数据库进行数据完善，提高数据库的覆盖范围和数据内涵。专家系统数据库主要还是为设备故障检修服务的，专家通过完善数据库数据可以帮助系统提高检修效率，提高对设备故障判断的准确度。通过数据库数据判断设备的故障程度，轻度的话可以进行自检自修，重度的话就需要停止运行系统的方式来保护设备不受到更大的损坏。

6.2 智能诊断系统

智能诊断系统对于设备故障检修的作用就好比杀毒软件对于电脑系统的作用，都可以对运行状态进行自检，智能分析异常部位和原因，通过智能分析，找到痛点，为检修做准备。智能诊断系统可以针对产生故障的位置，进行原因分析，利用计算机技术收集故障信息，进行设备系统维护，并且生成维护报告，为之后的故障经验积累奠定数据基础，促进旋转机械故障诊断技术的全面发展，也为炼钢设备故障积累经验，提高下次解决问题的效率。

6.3 旋转机械设备故障样本分布

技术的发展和成熟是在数据收集积累的过程中不断实现的，要想促进旋转机械故障诊断技术的发展和成熟，就必须不断收集分析设备故障信息，常见的设备故障主要有轴断裂、油膜失稳、转子磨损等现象，工作人员可以日常生产过程中建立完善故障数据信息库，为故障诊断和检修积累数据基础。工作人员对于设备的监测和检修机制可以凭借数据库信息，结合智能故障诊断技术，添加故障预警系统，这样就可以有效发现并且解决故障。炼钢设备的设计技术在不断发展，为了可以跟上设备发展的步伐，旋转机械故障诊断技术也要不断发展，提高故障诊断的精确度，保证生产线稳定生产，促进炼钢厂的经济发展。

7 结论

面对钢铁市场的巨大需求，炼钢厂必须保证生产量，在确保生产量的同时加强对炼钢设备的重视程度，改变传统设备检测和维修的习惯，及时对设备进行检测，避免设备故障产生，造成企业的经济损失。在信息化时代的背景下，炼钢企业需要加强信息化科学技术和设备检修的结合，利用新技术完成设备自检和维修。企业需要积极引入旋转机械故障诊断技术，并且大力推行这项技术，利用专家和企业内专业员工的知识和技术加强企业设备故障信息库，为智能故障处理系统收集数据，添加自动预警系统，帮助企业员工及时发现设备存在的异常和问题，及时解决设备故障，保障企业日常生产活动，促进新技术的经济转化率，完成钢铁的现代化生产转型。