大型风机运行状态在线监测与诊断技术的研究与应用

马庆涛

大型风机运行状态在线监测与诊断系统的优点，在于系统可以每天24h连续监测，不会漏采数据，异常数据可以全部采集下来，加上系统的“黑匣子”功能，任何异常数据都不会漏掉。冶金生产中大型风机是连续生产装置，机组一旦发生故障，将会造成严重的经济损失和社会影响，实施在线状态监测与故障诊断技术是保证设备安全运行的有力措施。

1 目的及效果

大型风机运行状态在线监测、诊断系统投入使用后，达到如下主要目的及应用效果：

(1)防止设备突发事故发生而造成灾难性后果；

(2)对设备运行过程中的一些异常现象进行诊断、分析，掌握风机运行状况；

(3)对设备进行预知维修；

(4)节省备品备件的资金占用；

(5)状态监测可以与工艺操作相结合，优化工艺操作，从而提高企业的现代化生产、管理水平，产生更好的经济效益；

(6)有利于检查维修效果，通过对被检修机组维修前后数据对比，判断检修精度及效果，从而逐步提高维修水平；

(7)在线监测系统，可以充分利用企业内部(Intranet)网络资源，将风机在线监测数据送入动态Web主页之中，供企业各有关部门使用浏览器查阅，并可利用Intemet技术实现远程诊断与监测；

(8)利用在线监测系统的大型数据库平台，可以让用户随时查阅3—10年间机组的各种运行数据，便于总结机组的运行规律，制定更佳的运行规程。

2 应用实例

济钢动力厂现有1#、2#、3#、4#、5#、63、7#号风机在设计时无振动测量探头，工艺量(瓦温、油压等)的自动化水平也较低。因此，必须进行全面改造，加装各种测量探头、变送器等。重新设计整个机组的仪表，电气控制系统，使之改造后的7台风机测量控制状态监测与故障诊断高度溶为一体，达到高度自动化水平。

2．1 现场条件分析

对于轴振动测量，采用Ø8mm电涡流传感器，在电机、风机有关支撑轴承处，开与水平方向成45°及135°的孔，以便安装电涡流振动传感器。

对于轴位移传感器，则在止推盘方向水平安装，1—2支Ø8mm电涡流探头，用于测量轴位移。

相位／转速的测量，在转轴的轴向或径向按API 670标准，开一个鉴相槽，用于测量振动相位及转速。

轴瓦温度、滑油压力、温度、流量，则在适当位置安装相应的变送器来测量。

2．2 实施方案

(1)每台风机的轴振动、轴位移、相位共8个点，每两台风机用一台MD39051A振动数据采集器采集，共3台。

(2)网络服务器HPTC2100用于管理整个在线监测网络系统，在其上运行数据库管理软件。Web服务器软件，用于存储动态及历史数据、Web页面数据等功能。

(3)现场监测站，用于显示风机的振动波形、工艺量数据、开关信号等信息。

(4)MD39051A、HPTC2100、现场监测站、分析诊断站等通过Switch连结在一起，同时Switch的Up-down口，还可以同公司及分厂的内部网(Intranet)互联，让公司及分厂有关部门使用IE浏览器，察看送入动态Web主页中的各种数据。

(5)远程诊断中心，可以通过RAS及电话网接入在线监测系统，帮助进行各种故障分析。

2．3 风机MD3905在线监测系统使用后能实现如下主要功能

(1)能实现对机组进行现场及远程在线监测与故障诊断。现场、总厂有关部门、机动科能及时了解设备的运行状况。利用电话网接入方式，远程诊断中心可随时帮助分析各机组所发生的故障，指导对机组进行预知维修，帮助提高生产厂专业技术人员的分析诊断水平。

(2)厂管理部门一级(如：机动科、设备厂长、设备经理等)可以通过网络利用浏览器查看送入动态Web主页中的机组状态数据及诊断结果(如机组各监测点的振动值，振动信号的波形、频谱，各监测点数据的历史趋势、报状况及报警清单等)。

(3)能自动打印出各机组所有通道的例行日报、周报、月报、年报等，内容包括各测点的最大／最小值、平均值、报警次数等。

(4)具有多种灵活的组态功能(如工厂组态、机组组态、通道组态、工艺量组态等)。

(5)能自动采集并存储机组报警或任何振动异常变化的状态数据，以便查明故障或异常原因，并留下历史档案备查。

(6)能自动采集并存储多达1000次开／停车过程的数据，供分析各次开／停车过程之用。

(7)能自动保存多达40余种特征变量(如P_P、1X、2X、1／2X等)的历史数据，最长时间可达3—10年，可供查阅分析之用。

(8)可对振动数据进行周、月等预报，估计下次检修时间。

(9)具有时域波形、频谱分析、轴心轨迹、波特图、积坐标图、小波分析、Winger分布、谱比较、轴心轨迹趋势等多种分析功能。

(10)具有振动量与工艺量的相关分析功能，以判别哪些工艺量，会影响振动值的大小。

(11)每次大修前，利用大修前所监测分析的结果，决定哪些机组必须检修，检修部位及程度。

(12)提供机组运行的振动例行报表。

(13)具有数据格式转换能力。MD3905所采集的数据，可以转化成TXT文本通用数据格式，供其任何一家的分析软件使用。

(14)数据库可溶入振动、工艺量、油质分析、铁谱分析、红外热像等数据于一体。

(15)在线监测系统中，将逐步增加专用于往复式压缩机的数据采集器及分析方法。

2．4 系统安装条件

本系统的监测参数包括了振动、位移、转速、工艺参数等。每种参数需要有相应的传感器。根据现场的条件，监测系统所需的振动、位移、键相位信号全部从现场监测仪表的背板缓冲输出端引出。工艺参数(出入口流量及压力、轴承温度等)只引入有1—5VDC或4—20mA标准信号的工艺参数。

为了保证系统在数据采集方式上采用先进的同步整周期采集方式，每个转速段至少需要一个键相传感器。

配置键相传感器，实现同步整周期采集技术，其优点表现在：

(1)拾取准确的数字转速信号，其精确度保证达到△rpm≤1；

(2)引入可靠的相位信息。如果不设置键相点，所得的相位只有数学上的意义，而不具有物理意义。事实上，相位的准确、可靠是进行故障诊断的重要基础；

(3)采用先进的同步整周期采集。以鉴相信号为触发脉冲的同步整周期数据采集方式，是进行旋转机械分析的最为先进的技术之一。它可以保证分析频带的准确对位，分析误差小，频谱、相位谱可采用频率跟踪方式进行，是进行故障诊断的重要基础。

2．5 系统图

大型风机运行状态在线监测与诊断系统图见图1。

MD3905网络化在线监测与故障诊断系统主要设备见表1。

3 结语

经过多年的应用，该系统能够连续对大型风机设备的运行状态(如振动幅值、相位、转速、轴瓦温度、滑油温度、滑油压力、防揣振阀位等)进行连续监测、记录。一旦上述各运行参数发生异常，将即时提供预报警，并分析原因，避免了设备突发事故的发生，减少了风机因故障停机造成的经济损失和维修成本，确保了风机的安全运行。