賈云龍

燕山石化股份有限公司水務(wù)氣體管理中心，北京 102500

0 引言

目前，燕山石化水務(wù)氣體管理中心五供水車間共有冷卻塔風(fēng)機(jī)72臺(tái)，是循環(huán)水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，尤其是在夏季生產(chǎn)滿負(fù)荷運(yùn)行無(wú)備機(jī)的條件下，其運(yùn)行的穩(wěn)定性關(guān)乎生產(chǎn)不容有失。風(fēng)機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)情況是影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的首要因素，并且絕大多數(shù)影響因素最終都會(huì)通過(guò)振動(dòng)的變化情況體現(xiàn)出來(lái)，因此對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是掌握和判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的主要手段。而在振動(dòng)監(jiān)測(cè)所涵蓋的振動(dòng)大小、振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率、振動(dòng)帶寬、振動(dòng)量綱等諸多因素中，尤其不能忽視在不同方向上產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全造成的影響。振動(dòng)監(jiān)測(cè)的首要任務(wù)就是盡可能找到振動(dòng)發(fā)生的方向和其最大值。然而，現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備僅能監(jiān)測(cè)到探頭與軸向方向垂直的某一方向振動(dòng)數(shù)值的變化情況，單一方向上的數(shù)值在判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢(shì)時(shí)提供的參考作用十分有限，其數(shù)值不具備真實(shí)有效性，因此我們迫切需要一種能夠更加真實(shí)地反映風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)手段，于是引入了三維狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念。

1 三維狀態(tài)監(jiān)測(cè)概述

根據(jù)“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO-2372標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)風(fēng)機(jī)類設(shè)備安全監(jiān)測(cè)的規(guī)定：風(fēng)機(jī)各部位運(yùn)動(dòng)摩擦部件所產(chǎn)生的復(fù)雜振動(dòng)監(jiān)測(cè)量應(yīng)該與振動(dòng)能量成正比的振動(dòng)速度的真有效值（RMS），振動(dòng)探測(cè)的頻帶范圍應(yīng)滿足10Hz～1 000Hz，而振動(dòng)方向的探測(cè)則應(yīng)當(dāng)是全方位的。

設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況是十分復(fù)雜的，影響振動(dòng)的因素也是多種多樣的，但最難以捕捉的是振動(dòng)發(fā)生的方向，振動(dòng)在經(jīng)過(guò)疊加后最終會(huì)在某一個(gè)方向上產(chǎn)生一個(gè)最大值，而我們所要捕捉的就是這個(gè)最大值的發(fā)展趨勢(shì)。一維的狀態(tài)監(jiān)測(cè)局限于某一個(gè)方向，在與這個(gè)方向垂直的平面上發(fā)生的振動(dòng)便無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)振動(dòng)的方向與這個(gè)平面呈一定角度時(shí)，我們只能監(jiān)測(cè)到其振動(dòng)在這一方向上的分量，這兩者都不能真實(shí)的反映出設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)于我們?cè)谂袛嘣O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)上的幫助就十分有限。

微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展為三維技術(shù)的應(yīng)用提供了有力的支持，將三個(gè)方向相互正交垂直的振動(dòng)感應(yīng)元件置于同一個(gè)探頭之內(nèi)，從三個(gè)方向獨(dú)立完成對(duì)振動(dòng)的感應(yīng)，無(wú)論振動(dòng)在哪個(gè)方向上產(chǎn)生，其振動(dòng)情況均可通過(guò)三個(gè)方向數(shù)值的變化反映出來(lái)，三個(gè)方向的數(shù)值更加真實(shí)有效，更加有助于我們判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 三維狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理

三維狀態(tài)監(jiān)測(cè)就是實(shí)現(xiàn)在X、Y、Z三個(gè)正交方向上對(duì)振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在一個(gè)三維的直角坐標(biāo)系中，將振動(dòng)的真實(shí)情況反映出來(lái)，在三維上所捕捉到的振動(dòng)數(shù)值將高于一維所捕捉到的振動(dòng)數(shù)值。對(duì)于振動(dòng)的捕捉，可通過(guò)微機(jī)械加工工藝的振動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器獲取的振動(dòng)信號(hào)再經(jīng)由帶通濾波器、變換器、放大器、真有效值（RMS）轉(zhuǎn)換器，最終由電壓/電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。

振動(dòng)傳感器捕捉到振動(dòng)產(chǎn)生的波形，并將波形反饋給濾波器，濾波器將波形曲線中細(xì)小的波刺過(guò)濾掉，使波形曲線趨于平滑，變換器和放大器將波形曲線信號(hào)傳遞給RMS，RMS將波形中對(duì)波形中起抵消作用或被覆蓋的疊加波形進(jìn)行處理，最終產(chǎn)生一個(gè)真有效值，這個(gè)真有效值以4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，最終與監(jiān)控器配接，也可以直接與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集測(cè)控系統(tǒng)（DCS、PLC等）連接使用，頻帶范圍是10Hz～1 000Hz，測(cè)量范圍在0mm/s～20mm/s，綜合誤差±1mm/s。

基于上述原理，在原有一體化三參數(shù)組合探頭的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出新型一體化四參數(shù)組合探頭，它能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)減速機(jī)X、Y、Z三個(gè)正交方向的完全振動(dòng)和減速箱內(nèi)部潤(rùn)滑油溫度。

3 實(shí)驗(yàn)與比較

2011年12月我們?cè)谖逖?臺(tái)風(fēng)機(jī)上使用了三維技術(shù)改造后的探頭，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前我們記錄了原有探頭監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)值，實(shí)驗(yàn)后記錄了改造的探頭監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)值，如表1所示，從兩者的比較當(dāng)中不難發(fā)現(xiàn)，改造后的探頭監(jiān)測(cè)到的數(shù)值更全面的反映出了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以5#風(fēng)機(jī)為例，實(shí)驗(yàn)前探頭監(jiān)測(cè)到的Y軸振動(dòng)數(shù)值為5.5mm/s，正處于風(fēng)機(jī)振動(dòng)的臨界報(bào)警值，從數(shù)值上我們難以判斷這臺(tái)風(fēng)機(jī)是否適合繼續(xù)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)后得出的Z軸振動(dòng)數(shù)值已經(jīng)達(dá)到7.8mm/s，已經(jīng)超出安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)5.5mm/s的范圍，但最大振動(dòng)發(fā)生在Y軸和Z軸之間的某一方向上，其數(shù)值大于Z軸的振動(dòng)數(shù)值，因此5#風(fēng)機(jī)不適合繼續(xù)運(yùn)行。

表1 一維與三維監(jiān)測(cè)數(shù)值對(duì)比情況表

通過(guò)對(duì)8組數(shù)據(jù)的比較，風(fēng)機(jī)的實(shí)際最大振動(dòng)并不一定發(fā)生在X、Y、Z三個(gè)方向上，根據(jù)勾股定律可以計(jì)算出其最大振動(dòng)的方向和數(shù)值，并以此為依據(jù)判斷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，1#、4#、5#和8#風(fēng)機(jī)不適合繼續(xù)運(yùn)行，于是我們逐臺(tái)進(jìn)行檢修，其中1#、8#風(fēng)機(jī)的齒輪間隙過(guò)大，4#風(fēng)機(jī)的輸入軸損壞，5#風(fēng)機(jī)的輸出軸軸承損壞。檢修的情況印證了我們根據(jù)三維振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)值做出的判斷是正確的，體現(xiàn)出三維振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性和全面性上要優(yōu)于一維振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

三維振動(dòng)監(jiān)測(cè)能夠方便地探測(cè)出振動(dòng)物體全方位、寬頻帶范圍內(nèi)的振動(dòng)速度的真有效值(即烈度值)，相對(duì)于其他單一方向的振動(dòng)監(jiān)測(cè)手段，數(shù)據(jù)更加全面、精確，它填補(bǔ)了常規(guī)監(jiān)測(cè)方式無(wú)法確定振動(dòng)方向和大小的空白，為風(fēng)機(jī)類設(shè)備安全運(yùn)行提供了有力的保障。同時(shí)它也適用于對(duì)其它各類大、中型旋轉(zhuǎn)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、水泵、軸承座、滾動(dòng)磨擦體等，進(jìn)行振動(dòng)安全的直接測(cè)量。

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