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干熄焦提升机减速机故障诊断与管理

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  前言

  干熄焦提升机是把需要干熄的红焦运送到干洗槽的专用设备,是由微机控制、严格按程序运行、精准定位、自动抓取(提起)、放下(松钩、脱钩)的一种特殊结构、特定功能的全自动室外钳取式桥式吊车,是干熄焦独有、专用的关键设备。提升机的工作特点是启停频繁、工况不稳定、负载大,减速机需要承受较大的负荷。减速机一旦出现故障,就可致使炼焦系统瘫痪,造成非计划停机,给企业造成巨大的经济损失。

  1 提升机减速机的结构

  ××焦化厂提升机是由2台功率相同的电机驱动,电机功率为375kW;额定转速为744r/min。减速机输出扭矩2×178kN·m,工作级别8级,单电机传动转速比93.375,双电机传动转速比46.688。

  减速机为5级减速,可实现较高的传动比和承受较大的转矩。1#电机带动第一级齿轮与行星包大齿圈外齿啮合,与2#电机带动的太阳轮形成差动行星齿轮传动轮系。行星轮公转转速为第二级输出转速,然后经过3次减速,输出转轴驱动卷扬滚筒。第二级的行星轮系,不但有行星轮系的优点,还可实现变传动比等功能,可实现93.375/46.688的2挡不同传动比的切换。实现方式是:当2台电机都在运转时,此时的行星轮系为差动行星轮,减速机的传动比为46.688;当1#电机和2#电机任何一台运转时,减速机的传动比为93.375。减速机结构简图见图1。


  2 提升机减速机特征频率

  在2台电机同时工作情况下,通过计算得出焦化厂提升机减速机各轴转频及啮合频率。

  电机输入转数为n=744r/min;

  1轴的回转频率:f1=744/60=12.364Hz;

  1,2轴的啮合频率:f1.2=f1×Z1=12.364×32=395.663Hz;

  内齿轮回转频率:f内=f1×Z1/Z2=12.36×32/112=3.533Hz;太阳轮回转频率:f太=744/60=12.364Hz;

  行星架回转频率:fH=(f太×Z4+f内×Z3)(/Z4+Z3)=(12.364×20+3.533×70)(/20+70)=5.495Hz;

  行星轮系啮合频率:(f太-fH)×Z4=(fH-f内)×Z3=137.383Hz;

  2轴输出转频:f2=5.495Hz;

  2,3轴啮合频率:f2.3=f2×Z7=5.495×75=412.149Hz;

  3轴回转频率:f3=f2×Z6/Z7=5.495Hz;

  3,4轴啮合频率:f3.4=f3×Z8=5.495×20=109.906Hz;

  4轴回转频率:f4=f3×Z8/Z9=5.495×20/81=1.357Hz;

  4,5轴啮合频率:f4.5=f4×Z10=1.357×18=24.424Hz;

  5轴(输出轴)回转频率:f5=f4×Z10/Z11=1.357×18/92=0.265Hz;减速机传动比:12.364/0.265=46.688。

  减速机齿轮齿数、各轴回转频率及齿轮啮合频率,表1。


  3轴轴承为skf22230C双列调心滚子轴承,球面滚道,外径270mm,内径150mm,厚度73mm,19个滚动体,保持架为N黄铜实体。3轴转频为5.4953Hz,轴承各零件特征频率,表2。


  3 提升机减速机状态监测与故障诊断

  3.1测点选择及采集方法

  提升机的工作特点是启停车频繁、变转速和变载荷。一个工作周期要经历低速负载提升、高速负载提升、机架平移、低速负载下降、低速空载提升和高速空载下降6种工况。提升机在高速提升状况时,齿轮传动所承受的力矩最大,振动也最大,故障信号表现最明显,所以选择提升机在高速提升状况时测试数据。为了保证数据的可比性,每一个测点数据都要在此工况下采集。测点选择在各轴的两端轴承座上,每个测点要测试垂直V,水平H和轴向A的3个方向上的振动值,测试参数选择位移、速度、加速度值。测试传感器是加速度传感器,磁座连接。采用总值趋势和长时域波形等方法监测减速机。

  3.2分析过程

  2014年7月以前对提升机减速机进行状态监测,没有发现异常,机组运行情况良好。从7月开始,3轴2#电机侧测点监测特征发生变化,该测点显示了3轴2#电机侧轴承内圈及外圈特征。随着设备的运行,劣化较为缓慢,在9月中旬该测点加速度及位移信号趋势出现变化,但是主要能量还是集中在啮合频率,轴承内圈的特征逐渐被外圈特征掩盖。

  (1)总值趋势。通过总值趋势的变化图可以观察设备振动的瞬息变化过程,便于现场分析设备振动的变化过程。通过总值的变化情况,来判断设备的运行状况。从3轴2#电机侧3V16K加速度(2~10K)总值趋势与峭度趋势上看,总值趋势并没有明显的变化,峭度趋势有所上升。

  (2)长时域波形。长时域波形方法适用于设备的瞬态过程的数据采集。它具有很强的时域信号的采集能力,具有较高的分辨率。长时域波形功能,可以把减速机的一个工作周期的数据采集下来进行详细的回放分析。用长时域波形记录的数据进行时域波形分析、频谱分析和包络分析,并进行精密诊断,判断减速机运行状态和进行故障诊断。2014年8月1日采集了3轴2#电机侧长波形频谱、包络解调图谱、时域波形,其中长波形频谱显示轴承内圈特征并不明显;但是在包络解调图中发现轴承内圈特征明显,且带有转频边带;时域波形图中同样也出现了转频周期的冲击及小间隔冲击的内圈特征频率。9月19日同样采集的3轴2#电机侧长波形频谱、包络解调图谱、时域波形,其中长波形频谱显示轴承22230明显的外圈特征44.751Hz,已经掩盖了该轴承的内圈特征;解调出现了轴承外圈特征频率及其谐波为主导的信号,且带有2.3Hz的转频边带,即该轴承的保持架特征;波形中出现明显、凌乱的冲击,来源于轴承的外圈及内圈缺陷。

  3.3诊断结论

  通过精密分析、诊断确定干熄焦提升机减速机3轴2#电机侧轴承内外圈严重剥落。建议焦化厂焦二车间尽快更换3轴2#电机侧22230C轴承。

  检修验证:2015年10月对该减速机进行检修,更换了减速机3轴2#电机侧轴承,对故障轴承进行拆解验证,发现轴承内外圈均有大面积剥落,与故障诊断结果完全一致。故障轴承实物图片,图2。


  4、结束语

  干熄焦提升机减速机由于工况的特殊性,对其进行状态监测及故障诊断存在很多的困难,从采集总值趋势和长时域波形的监测方法入手,通过总值趋势中的最大振动值判断设备是否正常;通过长时域波形完整记录减速机各工况下的数据,然后在通过时域波形、频谱、包络解调等分析方式进行精密诊断,尽早地发现行减速机的故障,确保了提升机减速机的正常运转,对企业维持正常生产、降低维修成本、提高企业的经济效益具有深远意义。