王幽雁， 溫 華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

0 引言

在某大型工程項目中，各廠房的暖通設(shè)計采用了200余臺通風(fēng)機。除少量為軸流風(fēng)機外，大多為離心風(fēng)機。因生產(chǎn)工藝要求及廠房環(huán)境特點，一些主要廠房人員不宜經(jīng)常出入，只能定期巡視，因而設(shè)計有中央控制室，將分散于各廠房中的主要設(shè)備(包括風(fēng)機)加以集中管理?？刂粕喜捎昧藬?shù)字化控制系統(tǒng)(簡稱DCS系統(tǒng))。從以往類似項目運行情況看，因各種原因，出現(xiàn)過風(fēng)機狀態(tài)異常，造成風(fēng)機、電機軸承損壞等故障情況，甚至因溫度過高，發(fā)生過軸承潤滑油著火的事例，這類故障隱患如不能及時發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機將不能正常運轉(zhuǎn)或因故障而停機，有可能導(dǎo)致嚴重安全生產(chǎn)事故，使企業(yè)遭受經(jīng)濟損失。鑒于此，在本工程設(shè)計中，對于一些流量大、壓頭高、作用重要且無人值守的廠房中的風(fēng)機(只安排定期巡視)，設(shè)置了風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以便及時掌握設(shè)備運行狀況和劣化趨勢，及早發(fā)現(xiàn)和消除故障隱患。

1 設(shè)計內(nèi)容

1.1 監(jiān)測對象選擇

經(jīng)過對本項目工藝廠房情況的分析，并結(jié)合每臺風(fēng)機的各自特點，選取了分布于廠區(qū)各處服務(wù)于多個裝置的20臺風(fēng)機，作為設(shè)置風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的對象。因軸流風(fēng)機傳動方式均為A式直聯(lián)[1]，參數(shù)普遍較小，故監(jiān)測對象均選取離心風(fēng)機。這些離心風(fēng)機包括了C式和E式傳動的風(fēng)機，其安裝支架與混凝土基礎(chǔ)(或樓板)間均設(shè)有彈簧隔振器，屬撓性支承。風(fēng)機主要參數(shù)詳見表1。

1.2 監(jiān)測參數(shù)選擇

對離心風(fēng)機而言，主要由風(fēng)機和電機兩大部分組成，能夠反映其特點的主要參數(shù)有：風(fēng)機的靜壓、全壓、流量、轉(zhuǎn)速、效率、進出口風(fēng)速、進出口溫度、軸承溫度、軸承振動等，以及配用電機的電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、軸承溫度、定子繞組溫度、電機振動烈度等。對于風(fēng)機這種大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備來說，常見的機械故障一般可分為不平衡、不對中、機械松動、軸承問題、機械摩碰等幾種情況，出問題的風(fēng)機最為常見的表現(xiàn)為溫度、振動異常，而據(jù)統(tǒng)計風(fēng)機的故障近50%是由軸承引起的，即在風(fēng)機各部件出現(xiàn)的問題，接近半數(shù)會直接反映在軸承上，軸承的優(yōu)劣對風(fēng)機的工作狀況影響極大，軸承工作狀態(tài)異常會導(dǎo)致風(fēng)機劇烈振動和發(fā)出較大噪聲，甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)機損壞。因此選擇風(fēng)機和電機的軸承為具體的監(jiān)測部位，對其溫度、振動參數(shù)進行監(jiān)測，就可以掌握風(fēng)機的運行狀況，解決大部分風(fēng)機的潛在問題。

1.3 測點布置方式

針對C式和E式離心風(fēng)機特點，結(jié)合以往工程及運行單位經(jīng)驗反饋，確定對每臺風(fēng)機驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承設(shè)置了加速度振動、溫度雙功能傳感器進行監(jiān)測，這樣在風(fēng)機驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承處只需各安裝一個傳感器即可達到目的；對每臺風(fēng)機的配用電機軸伸端軸承設(shè)置了一個溫度傳感器進行監(jiān)測，設(shè)計中選用了熱電阻式溫度傳感器。從實際運行效果來看，這種測點布置方式既可達到監(jiān)測效果，又減少了傳感器設(shè)置數(shù)量，減少了投資。

表1 狀態(tài)監(jiān)測風(fēng)機主要參數(shù)表

風(fēng)機軸承測點選擇在軸承頂端兩側(cè)位置 (因頂端中央位置通常設(shè)有潤滑油加注孔)，可打磨一個小平臺，在其上鉆孔，探頭處帶有外螺紋，以螺孔形式安裝固定；電機軸承測點選擇在軸伸端軸承一側(cè)的電機端蓋正上方位置，因熱電阻式溫度傳感器探頭斷面很小，故易于鉆孔固定(同樣以螺孔形式安裝固定)。選擇上述位置安裝方便，同時也易于布線。測點布置示意見圖1、圖2。

圖1 C式離心風(fēng)機測點布置示意圖

1.4 傳感器工作原理

加速度振動、溫度雙功能傳感器型號為MLV-9200，是由振動速度傳感器和溫度傳感器結(jié)合而成，振動速度傳感器屬于慣性式傳感器，它利用磁電感應(yīng)原理把振動信號變換成電壓信號，主要由磁路系統(tǒng)、線圈組件、彈簧阻尼等部分構(gòu)成。在傳感器殼體中剛性地固定有兩個線圈組件，磁鋼用彈簧懸掛于殼體。當傳感器在工作頻率范圍內(nèi)工作時，線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，線圈切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電壓)，該電壓值正比于振動速度值。另外包含一只采用鉑電阻制造的溫度傳感器用于測溫(工作原理同PT100型)。

圖2 E式離心風(fēng)機測點布置示意圖

熱電阻式溫度傳感器為PT100型，是利用物質(zhì)在溫度變化時自身電阻也隨著發(fā)生線性變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部分(感溫元件)是用細金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上。當被測介質(zhì)中有溫度發(fā)生變化時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)中的平均溫度。

1.5 其他監(jiān)測設(shè)備

為每臺風(fēng)機設(shè)置一個就地箱，負責(zé)信號的集中收集、數(shù)據(jù)處理與輸送，除傳感器安于軸承處，其他所有設(shè)備均安裝在就地箱內(nèi)。每個就地箱包括電源模塊、變送器模塊、無紙記錄儀、面板上的液晶數(shù)顯屏及報警指示燈等。通過傳感器監(jiān)測到的振動和溫度信號，經(jīng)模塊處理后進入記錄儀，記錄儀記錄下該風(fēng)機運行全過程所有溫度、振動數(shù)據(jù)，當達到設(shè)定值時，通過報警輸出通道作用于就地箱面板上的報警指示，可在就地產(chǎn)生報警燈和蜂鳴器報警，同時按需要經(jīng)信號輸出端子，將采集到的報警信號上傳至DCS系統(tǒng)，在中央控制室顯示屏上同步示警，控制室的操作人員即可按預(yù)定的操作規(guī)程采取相應(yīng)對策。因整體采用模塊化設(shè)計方案，系統(tǒng)的抗干擾能力強，運行精度高，操作簡單快捷，使用維護方便。系統(tǒng)設(shè)有存儲功能，可記錄一周的數(shù)據(jù)供查閱(可視需要擴展存儲空間)，并進行溫度、振動參數(shù)的趨勢分析及振動參數(shù)的頻譜分析等工作。

1.6 報警參數(shù)設(shè)置及聯(lián)鎖控制

據(jù)相關(guān)標準[3-4]，電機軸承的允許溫度(溫度計法)應(yīng)不超過95℃。

對風(fēng)機軸承溫度的一般要求是：在軸承表面測得的軸承溫度不得高于環(huán)境溫度40℃。

據(jù)相關(guān)標準[2]，通常以振動速度均方根值來表示振動水平，其定義為在一個振動周期內(nèi)，振動速度瞬時值平方后平均值的平方根，數(shù)學(xué)表達式為：

式中：Vrms為振動速度均方根值；

V(t)為隨時間t變化的振動速度函數(shù)，mm/s；

t為時間自變量，s；

T為振動周期，s。

對于撓性支承：Vrms≤7.1 mm/s。

結(jié)合以往工程運行經(jīng)驗，對風(fēng)機軸承及電機軸承的溫度、振動參數(shù)分別設(shè)定了報警值和停機值，其數(shù)值略高于標準值，詳見表2。當報警值被觸發(fā)時，在廠房內(nèi)風(fēng)機就地箱產(chǎn)生聲光報警，可直接鎖定是哪一臺風(fēng)機的哪個軸承處出現(xiàn)了情況，是溫度異常還是振動超標，以及是哪一臺配用電機溫度異常，同時中央控制室的顯示屏上會跳出警示，指明哪一臺風(fēng)機出現(xiàn)異常，值班的工作人員可據(jù)此通知巡視、維修人員前往相關(guān)地點，查看并解決問題。當停機值被觸發(fā)時，廠房內(nèi)風(fēng)機就地箱及中央控制室的顯示屏同樣可產(chǎn)生前述報警，與此同時，報警信號將聯(lián)鎖自動停運發(fā)生報警的風(fēng)機，以免在人員到達前對設(shè)備造成損害。

表2 報警參數(shù)設(shè)置及聯(lián)鎖控制

2 分析與建議

2.1 分析

在國標《通風(fēng)機振動檢測及其限值》等文件中，雖然對于風(fēng)機的狀態(tài)監(jiān)測(主要包括溫度、振動等檢測)情況都有明確的規(guī)定，但往往這些測試只是適用于風(fēng)機的生產(chǎn)過程中以及出廠檢驗，至多在某些重要工程中設(shè)備安裝完畢后的運轉(zhuǎn)試驗時，使用手持測溫、測振儀表進行下檢測。這樣的做法，只能證明在某個特定時點條件下，風(fēng)機的狀態(tài)是正常、符合要求的，而經(jīng)出廠檢驗合格的風(fēng)機，在包裝、運輸、貯存、安裝、調(diào)試以及最終投入生產(chǎn)運行后的各個階段，均有可能因某些因素出現(xiàn)問題，造成運行狀態(tài)異常，進而對工業(yè)生產(chǎn)、民用生活等構(gòu)成影響。

在本工程中選取了一些為重要生產(chǎn)裝置提供服務(wù)的風(fēng)機設(shè)備，設(shè)置了測溫、測振等狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以達到動態(tài)掌握風(fēng)機運行狀況，遠程監(jiān)控與就地處理相結(jié)合，實現(xiàn)出現(xiàn)問題、瞬時發(fā)現(xiàn)、及時解決的目的，對確保設(shè)備修理的及時性、準確性起到了關(guān)鍵作用?？梢杂行У乇苊庖馔馐鹿剩?jié)約大量維修費用，使風(fēng)機運行安全可靠。同時結(jié)合風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲分析功能，可以逐步將設(shè)備的維修方式從事后維修、計劃維修過渡到現(xiàn)代設(shè)備管理下的狀態(tài)維修，即預(yù)知維修。隨著人們對設(shè)備保護意識的加強和設(shè)備維護認識的深入，該項技術(shù)越來越受到重視?？梢婏L(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)無論對安全生產(chǎn)還是對設(shè)備維護都具有十分重要的意義。

2.2 建議

從本工程已設(shè)置的風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來看，其運行情況良好，達到了設(shè)計目的。但監(jiān)測系統(tǒng)本身費用較高，其中一些主要的儀表、設(shè)備尚需進口，故不建議在工程中大面積使用?？商暨x重要程度高、設(shè)備規(guī)格大、無人值守的風(fēng)機加以使用，這樣在適度投資的情況下，可獲得比較滿意的效果。

[1]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]JB/T 8689—1998,通風(fēng)機振動檢測及其限值[S].

[3]GB/T 22722—2008,YX3系列(IP55)高效率三相異步電動機技術(shù)條件(機座號80～355)[S].

[4]GB/T 25290—2010,Y3系列 (IP55)三相異步電動機技術(shù)條件(機座號63～355)[S].