Краткий ответ: что обычно означает высокая вибрация на мельнице

Высокая вибрация на мельнице почти всегда является симптомом основной механической, эксплуатационной или структурной проблемы. — не отдельная проблема. В большинстве случаев основная причина попадает в одну из четырех категорий: дисбаланс, несоосность, выход из строя подшипника или ослабление конструкции. Определение того, с какой категорией вы имеете дело, определяет все, как вы ее исправите.

Мельницы, работающие при уровнях вибрации выше 10 мм/с (СКЗ) (как общий отраслевой стандарт согласно ISO 10816) считаются находящимися в зоне «предупреждения» или «опасности» в зависимости от класса машины. В этот момент продолжение эксплуатации может привести к ускоренному износу подшипников, повреждению фундамента и, в тяжелых случаях, к катастрофическому разрушению конструкции. Своевременное обнаружение и устранение высокой вибрации — это не просто задача технического обслуживания, это приоритет безопасности и производства.

Распространенные причины высокой вибрации на мельнице

Понимание причины требует сопоставления вибрационной сигнатуры с физическим механизмом. Ниже приведены наиболее часто встречающиеся источники:

Дисбаланс ротора или мелющих тел

Дисбаланс является самой распространенной причиной вибрации вращающихся механизмов. В мельницах это может быть связано с неравномерным распределением мелющих тел (шаров, стержней или гальки), изношенными или отсутствующими футеровками, а также скоплением материала на роторе или корпусе. Дисбаланс создает доминирующую частоту вибрации, равную 1× скорости движения (1× об/мин). , что позволяет относительно легко идентифицировать его с помощью анализатора спектра.

Например, шаровая мельница, работающая со скоростью 18 об/мин с неравномерной загрузкой шаров, может демонстрировать явный пик на частоте 0,3 Гц (18/60) в своем спектре вибрации. Даже разница в массе в несколько килограммов по радиусу корпуса может вызвать измеримые силы вибрации на рабочей скорости.

Несоосность вала или муфты

Несоосность между приводным двигателем мельницы, коробкой передач и валом-шестерней мельницы является основной причиной повышенной осевой и радиальной вибрации. Угловое смещение обычно вызывает сильную вибрацию при 2× скорость работы (2X об/мин) , в то время как параллельное смещение имеет тенденцию возбуждать компоненты как 1X, так и 2X. Несоосность может развиваться постепенно из-за теплового расширения, мягкого основания или осадки фундамента.

Эмпирическое правило, используемое во многих программах технического обслуживания предприятий: на перекос приходится до 50% всех отказов вращающегося оборудования. . На крупных мельницах смещение муфты даже на 0,1 мм может привести к значительной нагрузке на подшипник и повышенной вибрации.

Дефекты и износ подшипников

Изношенные, изъеденные или загрязненные подшипники создают высокочастотную вибрацию. Каждый дефект подшипника — внутреннее кольцо, наружное кольцо, тело качения или сепаратор — имеет характерную частоту дефектов (BPFI, BPFO, BSF, FTF), которую можно рассчитать на основе геометрии подшипника и скорости вала. Ранние неисправности подшипников часто появляются в высокочастотном диапазоне (выше 1 кГц) до того, как произойдет какое-либо существенное изменение низкочастотной вибрации.

На мельницах с опорой на цапфу разрушение смазки в подшипнике цапфы является особенно серьезным видом отказа. Разрушение масляной пленки в этих низкоскоростных подшипниках, рассчитанных на большие нагрузки, может привести к контакту металлов с металлами и быстрому увеличению амплитуды вибрации.

Проблемы с зубчатой сеткой

На мельницах с приводом от зубчатого венца и шестерни проблемы с зацеплением шестерни являются основным источником вибрации. Проблемы включают изношенные зубья шестерни, неправильный люфт, эксцентриковое крепление шестерни и отказ смазки. Вибрация зубчатого зацепления появляется на частоте зубчатого зацепления (GMF = количество зубьев × частота вращения вала). и его гармоники. Боковые полосы вокруг GMF указывают на модуляцию из-за эксцентриситета или неравномерной нагрузки на зубья.

Структурная нестабильность или проблемы с фундаментом

Ослабленные анкерные болты, трещины в фундаменте или изношенные опорные плиты позволяют мельнице двигаться под динамическими нагрузками, что значительно увеличивает уровень вибрации. Неплотность обычно приводит к субгармоники (0,5Х) и множественные гармоники скорости бега в спектре колебаний. Резонанс фундамента также может возникнуть, если собственная частота конструкции фундамента совпадает с частотой возбуждения мельницы.

Причины, связанные с процессом

Не все вибрации мельниц возникают из-за механических неисправностей. Условия процесса также имеют значение:

• Перегрузка мельницы шихтой увеличивает динамическую нагрузку на подшипники и детали привода.
• Малый размер мелющих тел или мелющих тел неправильного размера снижает эффект амортизации внутри мельницы, увеличивая вибрацию корпуса.
• Неправильная скорость мельницы (выше критической скорости) приводит к тому, что шихта центрифугируется против оболочки, а не скатывается, создавая аномальную вибрацию и ударную нагрузку.
• Изменения плотности суспензии в мельницах мокрого помола могут создавать неравномерные импульсы загрузки.

Как диагностировать источник: систематические проверки

Эффективная диагностика следует структурированной последовательности. Переход сразу к корректирующей работе без надлежащего анализа приводит к потере времени и риску упустить настоящую причину.

Шаг 1. Сбор данных о вибрации

Используйте калиброванный анализатор вибрации для измерения общей скорости вибрации (среднеквадратическое значение мм/с) и ускорения (g) в ключевых точках измерения: приводной и неприводной концах каждого подшипника, корпусе коробки передач и фундаменте. Запишите как временную форму сигнала, так и частотный спектр. Всегда измеряйте в трех направлениях: радиальном, осевом и тангенциальном.

Шаг 2: Определите доминирующую частоту

Сопоставьте измеренные частоты с известными частотами неисправностей для мельницы:

Шаг 3. Выполните физические проверки

До и во время планового останова проведите следующие физические проверки:

• Анкерные болты и фундамент: Проверьте наличие трещин в растворе, ослабленных или корродированных болтов, а также зазоров между опорной плитой и фундаментом.
• Выравнивание муфты: Используйте циферблатный индикатор или лазерный инструмент для выравнивания для измерения углового и параллельного смещения. Большинство муфт мельниц требуют выравнивания в пределах 0,05 мм TIR.
• Состояние подшипника: Проверьте количество и качество смазки, температуру (помогает инфракрасная термография) и прислушайтесь к необычному шуму при медленном вращении.
• Схема контакта шестерни: Нанесите маркировочный состав для проверки контакта зубьев шестерни. Правильный контакт должен охватывать не менее 70 % ширины поверхности зуба и 50 % высоты зуба.
• Состояние лайнера: Осмотрите вкладыши на наличие сломанных, отсутствующих или сильно изношенных вкладышей, которые вызывают внутренний дисбаланс и ненормальную ударную нагрузку.
• Уровень и состояние мелющих тел: Убедитесь, что процент загрузки шаров соответствует проектным спецификациям (обычно 28–35% объема шаровых мельниц).

Шаг 4. Проверьте параметры процесса

Просмотрите журналы эксплуатационных данных: скорость подачи, потребляемая мощность мельницы, плотность нагнетания и уровень шума мельницы (если он контролируется). Резкое увеличение потребляемой мощности мельницы в сочетании с повышенной вибрацией часто указывает на перегрузку. Падение потребляемой мощности при высокой вибрации может указывать на потерю лайнера или носителя.

Практические решения проблемы высокой вибрации на мельнице

Как только основная причина будет подтверждена, соответствующие корректирующие действия станут ясными. Следующие исправления касаются наиболее распространенных сценариев:

Исправление дисбаланса

В случае дисбаланса, связанного со средой или футеровкой, исправление осуществляется оперативно: перераспределите или замените мелющие тела, замените отсутствующие или сломанные футеровки и очистите скопившийся материал из внутренней части корпуса. В случае дисбаланса вала или ротора, подтвержденного балансировочным оборудованием на месте, добавить корректирующие веса в рассчитанное угловое положение и величину чтобы привести остаточный дисбаланс в пределы допуска ISO 1940 для применимого класса балансировки (обычно G6,3 или G2,5 для компонентов прецизионного привода).

Переналадка трансмиссии

Используйте прецизионное лазерное оборудование для центровки, чтобы откорректировать соосность валов на стыках мотор-редуктор и шестерня-шестерня. Юстировку следует выполнять при рабочей температуре. или с применением смещений теплового расширения на основе измеренных или рассчитанных значений теплового расширения. После повторной регулировки повторно затяните все соединительные болты в соответствии со спецификацией и еще раз проверьте соосность перед повторным запуском.

Также проверьте и исправьте мягкую опору — состояние, при котором одна из опор машины не плотно прилегает к опорной плите. Даже 0,05 мм мягкой опоры может привести к деформации рамы машины под действием крутящего момента, вызывая перекос и вибрацию.

Замена или ремонт подшипников

Если частота дефектов подшипника подтверждена в спектре вибрации, запланируйте замену подшипника в следующий доступный период технического обслуживания — не откладывать, если появляются дефектные частоты с боковыми полосами , поскольку это указывает на прогрессирующее повреждение. Перед установкой новых подшипников осмотрите отверстие корпуса и шейку вала на наличие повреждений, проверьте правильность посадки в соответствии со спецификацией производителя подшипника и убедитесь, что применяется чистая, правильно указанная смазка.

Для тихоходных цапфовых подшипников проверьте толщину масляной пленки и класс вязкости смазочного материала. Вязкость, слишком низкая для рабочей температуры и нагрузки, приведет к смазке границ и быстрому износу поверхности подшипника.

Решение проблем с зубчатым зацеплением

Действия по устранению вибрации зубчатого зацепления зависят от ее серьезности:

1. Проверьте и отрегулируйте зазор в диапазоне, указанном производителем (обычно 0,1–0,3% от диаметра делительной окружности для больших комплектов зубчатых венцов и шестерен).
2. Проверьте и откорректируйте соосность вала-шестерни относительно коронной шестерни, используя циферблатные индикаторы для измерения биения и осевого смещения.
3. Осмотрите профиль зуба шестерни на предмет износа или выкрашивания. При износе более 30% профиля зуба следует плановую замену шестерни.
4. Убедитесь, что система смазки зубчатых передач подает смазку нужного качества и с требуемой скоростью потока. Недостаточная смазка является основной причиной ускоренного износа шестерен.

Крепление фундамента и структурная неплотность

Замените изношенные участки фундамента с помощью эпоксидного раствора, который обеспечивает лучшее гашение вибрации и химическую стойкость, чем стандартный цементный раствор. Замените корродированные или растянутые анкерные болты и затяните все болты в соответствии со спецификацией, используя калиброванный динамометрический ключ. После цементации дайте отвердеть в течение 72 часов перед повторным запуском мельницы. во избежание растрескивания новой затирки под нагрузкой.

Корректировка условий процесса

Если высокая вибрация вызвана технологическим процессом, отрегулируйте рабочие параметры:

• Уменьшите скорость подачи, если фреза перегружена (в качестве ориентира используйте потребляемую мощность — целевое значение 85–95 % от проектной мощности).
• Доливайте мелющие тела до нужного уровня загрузки и используйте правильное распределение размеров шаров или стержней в зависимости от обрабатываемого материала.
• Убедитесь, что скорость мельницы находится в пределах расчетного диапазона — обычно 70–78% критической скорости для большинства применений шаровых мельниц.
• Для мельниц мокрого типа поддерживайте целевую плотность суспензии в пределах указанного рабочего диапазона, чтобы обеспечить стабильное поведение загрузки.

Стандарты серьезности вибрации: насколько это плохо?

Чтобы представить измеренные значения в контексте, стандарт ISO 10816-3 содержит общие рекомендации по серьезности вибрации оборудования. Хотя мельницы могут иметь определенные пороговые значения OEM, ниже приведены практические рекомендации для больших, медленно вращающихся машин:

Всегда обращайтесь к документации OEM-производителя конкретного стана для получения точных уставок сигнализации и отключения, поскольку они могут быть более консервативными, чем общие отраслевые рекомендации.

Предотвращение высокой вибрации: лучшие долгосрочные практики

Реактивное обслуживание является дорогостоящим. Заводы, на которых повторяются случаи высокой вибрации, обычно страдают от пробелов в программе профилактического обслуживания. Следующие методы значительно снижают риск вибрации в долгосрочной перспективе:

• Внедрить программу регулярного мониторинга вибрации. — измерять и отслеживать вибрацию через определенные промежутки времени (ежемесячно для плановых проверок, еженедельно, если на заводе есть известная проблема). Тенденция во времени более информативна, чем любое отдельное измерение.
• Проверяйте и повторно проверяйте соосность валов после каждого серьезного отключения или замены подшипников, поскольку температурные сдвиги и нарушения при обслуживании обычно приводят к смещению соосности.
• Соблюдайте подробный график замены вкладышей, основываясь на данных о скорости износа, вместо того, чтобы ждать, пока вкладыши выйдут из строя, поскольку поломки вкладышей вызывают внезапный дисбаланс.
• Используйте анализ масла в коробках передач и системах смазки, чтобы обнаружить остатки износа и ухудшение качества смазки на ранней стадии, до того, как уровень вибрации повысится.
• Осматривайте и затягивайте анкерные болты фундамента через определенные промежутки времени — минимум раз в год для заводов, работающих в условиях высокой вибрации.
• Научите операторов распознавать ненормальный звук, необычную вибрацию или изменения в поведении мельницы и сообщать об этом. Операторы часто обнаруживают проблемы раньше, чем это делают приборы.