淺談鼓風機軸振動在線監(jiān)測的檢測點設(shè)置

井維明

摘 要：為保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作可靠性，需正確設(shè)置系統(tǒng)的各個檢測點，綜合考慮各方面因素，確定檢測點數(shù)量、安裝位置，傳感器選型。擇最佳的測量點，并選用合適的測振動的傳感器，才能夠獲取充足、可靠地設(shè)備運行狀態(tài)信息，對轉(zhuǎn)軸的運行狀態(tài)進行正確判斷。

關(guān)鍵詞：軸振動；檢測點；傳感器

1引言

鼓風機是大型旋轉(zhuǎn)型工業(yè)設(shè)備，轉(zhuǎn)軸是其核心部件，由于轉(zhuǎn)速高，負荷大，是故障易發(fā)區(qū)。一旦發(fā)生故障，將危及設(shè)備和附近工作人員的安全，并造成整個生產(chǎn)流程的中斷，帶來巨大的經(jīng)濟損失。

振動是轉(zhuǎn)軸故障的主要表現(xiàn)形式，在其故障發(fā)生初期，即可出現(xiàn)振動異常的情況。因此設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)，對軸振動進行24小時監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)故障，避免重大事故發(fā)生，減小事故危害性。

要保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常、高效的工作，檢測點的正確設(shè)置就顯得非常重要。選擇最佳的測量點，并選用合適的測振動的傳感器，才能夠獲取充足、可靠地設(shè)備運行狀態(tài)信息，對轉(zhuǎn)軸的運行狀態(tài)進行正確判斷。如果所得的檢測信號不真實、不典型，或不能客觀的、充分的顯示設(shè)備的實際狀態(tài)，那么整個監(jiān)測系統(tǒng)的運行的可靠性將無法保證。

2振動的特征和測量部位

高爐鼓風機是大型旋轉(zhuǎn)型機械設(shè)備，它具有轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)速恒定、負荷相對平穩(wěn)等特征，其轉(zhuǎn)軸的振動具有以下特征：1.機組軸系只有兩種轉(zhuǎn)速，即低速軸系的電動機轉(zhuǎn)速，和高速軸系的風機轉(zhuǎn)速，因此振動分析針對這兩個軸系即可；2.鼓風機是一種透平機械，它的工作介質(zhì)為空氣，正常工作時載荷平穩(wěn)，因此正常工作狀態(tài)下沖擊振動較少；3.鼓風機屬于大功率設(shè)備，設(shè)備龐大，因此機組發(fā)生故障時，振動會表現(xiàn)出極強的非線性特征，一些振動故障用線性分析理論難于解釋；4.鼓風機振動受高爐工況影響較大，高爐工況波動較大時，會造成風機機組劇烈振動，甚至引發(fā)設(shè)備故障；5.由于工作轉(zhuǎn)速在第一臨界轉(zhuǎn)速以上，當一些自激頻率接近機組固有頻率，會引起機組的自激振動。

轉(zhuǎn)軸的線性振動數(shù)學(xué)模型為：

式中 k —— 整個支座的剛度系數(shù)，n/m；

c —— 系統(tǒng)阻尼， n/（m/s）；

m —— 轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg。

這是一個二階常系數(shù)線性非齊次微分方程，其解由通解和特解兩項組成，即：

式中 （1）為通解，對應(yīng)衰減自由振動。

（2）為特解，對應(yīng)穩(wěn)態(tài)強迫振動。

衰減自由振動隨時間推移迅速消失，而強迫振動則不受阻尼影響，是一種振動頻率和激振力同頻的振動。

風機機組的振動頻率與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動頻率的關(guān)系十分密切，因此轉(zhuǎn)動頻率是設(shè)備故障診斷中很重要的一個參數(shù)。機組發(fā)生故障時，根據(jù)振動頻率的高低，可以粗略地判斷出故障的部位。

能造成機組轉(zhuǎn)軸振動失穩(wěn)的因素很多，如動壓軸承失穩(wěn)、密封失穩(wěn)、動靜摩擦失穩(wěn)等，失穩(wěn)具有突發(fā)性，往往會帶來嚴重危害。機組的穩(wěn)定性在很大程度上決定于滑動軸承的剛度和阻尼。當系統(tǒng)具有正阻尼時，對振動具有抑制作用，振動會逐漸減弱；當系統(tǒng)具有負阻尼時，則具有激振作用；系統(tǒng)阻尼為零時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定臨界狀態(tài)。

為保證盡早發(fā)現(xiàn)故障跡象，盡量避免故障停機造成的經(jīng)濟損失，必須正確選擇測量部位，以獲得客觀、真實、充分的檢測信息。

通過對風機系統(tǒng)的構(gòu)成，工作特性的分析，故障易發(fā)區(qū)及故障表現(xiàn)形式的分析，可將風機轉(zhuǎn)軸、變速箱、電動機轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)軸確定為重點監(jiān)測部位。

3測量點的確定

當設(shè)備發(fā)生故障時，其往往以一定的狀態(tài)表現(xiàn)出來，而這些狀態(tài)又包含在特定的信號中，對設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測主要是通過獲取這些信號然后進行分析，從而確定設(shè)備的故障。而要正確及時的獲取這些信息，必須通過安裝在測量點的傳感器來完成，因此測量點選擇的正確與否，傳感器的選擇是否合適，關(guān)系到能否對設(shè)備故障做出正確的診斷。

確定測量點數(shù)量及方向時考慮了以下幾方面：應(yīng)是設(shè)備振動的敏感點；能對設(shè)備振動狀態(tài)做出全面的描述；應(yīng)是離機械設(shè)備核心部位最近的關(guān)鍵點；應(yīng)是容易產(chǎn)生劣化現(xiàn)象的易損點；不能對設(shè)備的原工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。

經(jīng)過對監(jiān)測要求、設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝維修等方面的考慮，確定測量點分布如圖所示，對于高爐鼓風機組，可以在風機轉(zhuǎn)子軸徑部位安裝電渦流傳感器，測量轉(zhuǎn)子的軸振動；在電機側(cè)安裝鍵相傳感器，測量轉(zhuǎn)速；在變速箱、主電動機的軸承座部位安裝加速度傳感器，測量這些部位的振動加速度。

測軸振動是在一個平面內(nèi)相互垂直的兩個方向分別安裝的兩個渦流傳感器，測轉(zhuǎn)速的鍵相傳感器也是渦流傳感器，在電機的轉(zhuǎn)軸上開出健相槽即可。

溫度、油壓等相關(guān)工藝參數(shù)的測量，風機制造廠家在出廠前已經(jīng)設(shè)計安裝好，無需另外設(shè)置。

4結(jié)論

妥善設(shè)置各檢測點，建立鼓風機在線監(jiān)測系統(tǒng)，以達到監(jiān)測設(shè)備運行，減少故障的目的。其所得各項數(shù)據(jù)信息，還可進一步傳遞到工控機，建立在線故障診斷系統(tǒng)，以達到了解設(shè)備的運行狀態(tài)、預(yù)知故障、杜絕事故、延長設(shè)備運行周期、縮短維修時間、最大限度的發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)潛力，節(jié)約成本的目的。

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