張玉東

摘 要：隨著離心機(jī)組大型化進(jìn)程的快速推進(jìn)，傳統(tǒng)機(jī)組檢測(cè)及維護(hù)手段已然無法滿足日益提高的運(yùn)維要求，監(jiān)測(cè)精度以及實(shí)時(shí)性的差距帶來的對(duì)機(jī)組安全性能的影響已經(jīng)是當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行主要的安全隱患構(gòu)成。本文對(duì)大型離心機(jī)組某型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中的動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：離心機(jī)組；大型；在線監(jiān)測(cè)；動(dòng)平衡

中圖分類號(hào)：TH113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

大型離心機(jī)組的廣泛應(yīng)用，給在線監(jiān)測(cè)以及故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用帶來新的契機(jī)。高度精密和復(fù)雜的自動(dòng)化離心機(jī)組的安全運(yùn)行，是保證企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的運(yùn)維手段以及檢測(cè)手段對(duì)于大型機(jī)組高可靠性、安全性的要求已經(jīng)無法滿足，企業(yè)正積極尋求高可靠的檢測(cè)手段以及運(yùn)維方式，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于機(jī)組動(dòng)平衡的監(jiān)測(cè)有著遠(yuǎn)超其他離線監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)?dòng)平衡波動(dòng)以及其他故障進(jìn)行提前預(yù)知，并采取措施加以預(yù)防。

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠避免傳統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)遲滯、低可靠性以及片面性的缺點(diǎn)，減少惡性事故的發(fā)生概率，還能夠?qū)ζ髽I(yè)的安全連續(xù)運(yùn)行以及較高的投資回報(bào)率有明顯貢獻(xiàn)，大幅度降低企業(yè)機(jī)組運(yùn)維成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與動(dòng)平衡

1.1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，大型離心機(jī)組在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，不進(jìn)行拆卸或大幅拆卸情況下，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，若有故障發(fā)生，能夠及時(shí)對(duì)故障類型進(jìn)行判定并及時(shí)定位故障點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)故障的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為運(yùn)行人員提供運(yùn)行指導(dǎo)，避免故障的進(jìn)一步惡化。該監(jiān)測(cè)手段能夠有效減少非計(jì)劃內(nèi)停機(jī)以及其他事故數(shù)量，對(duì)于設(shè)備安全運(yùn)行具有重要作用。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于大型機(jī)組時(shí)，其主要作用如下：首先，為機(jī)組提供監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大型機(jī)組運(yùn)行情況及工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障、故障報(bào)警以及隔離故障，及時(shí)降低故障帶來的更加惡劣的影響；其次，對(duì)故障進(jìn)行分析和診斷，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定故障類型、定位故障點(diǎn)，反推故障原因并加以處理；第三，故障預(yù)防。在線監(jiān)測(cè)的三種功能能夠?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對(duì)故障診斷起到重要的支持作用，大大提高故障診斷和處理的效率，避免機(jī)組故障維修過程的盲目性。此外，由于系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)功能，能夠大幅降低故障發(fā)生概率以及影響范圍，提高機(jī)組壽命。

1.2 動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)

動(dòng)平衡作為離心機(jī)組運(yùn)行過程中的重要安全指標(biāo)，對(duì)于機(jī)組安全意義重大，也是在線監(jiān)測(cè)的重要對(duì)象。通常在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，通過振動(dòng)信號(hào)的分析，對(duì)故障進(jìn)行判定與預(yù)測(cè)。動(dòng)平衡分析作為在線監(jiān)測(cè)的重要故障預(yù)測(cè)及診斷手段，在近年來的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

此外，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障診斷除振動(dòng)外，還包括相位、振幅、頻率、軸心軌跡、振型、剛度以及臨界轉(zhuǎn)速等參數(shù)，綜合各個(gè)參數(shù)能夠?qū)收项愋图鞍l(fā)展趨勢(shì)有較為準(zhǔn)確的判斷。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

圖1為某型大型離心機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)由布置在機(jī)組的各類傳感器采集機(jī)組信號(hào)，采集到的信號(hào)與參考圖譜進(jìn)行對(duì)比分析處理后，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，從而確定機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)測(cè)分站的作用是對(duì)單臺(tái)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過WEB8000數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行分析和處理，經(jīng)過授權(quán)的工作人員可以通過IE瀏覽器登陸系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果。

2.2 振動(dòng)分析

該型離心機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能是測(cè)量機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組狀態(tài)的確定。振動(dòng)信號(hào)的現(xiàn)代分析處理方法有如下幾種。

（1）小波分析技術(shù)

小波分析法本質(zhì)是時(shí)頻分析法，信號(hào)分析的分辨率較高，能夠同時(shí)在時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)特征進(jìn)行描述，高頻信號(hào)部分頻域分辨率較低而時(shí)域分辨率較高，低頻部分正好相反，由于小波分析技術(shù)的這種特點(diǎn)，在離心機(jī)組在線監(jiān)測(cè)及故障診斷領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。該方法的主要過程是通過小波變換或小波包變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析。

（2）頻率細(xì)化技術(shù)

快速傅里葉變換（FFT）方法是頻譜分析常用的方法之一，能夠?qū)⒄麄€(gè)信號(hào)頻段上的信息進(jìn)行計(jì)算和分析，缺點(diǎn)是對(duì)于某個(gè)特定信號(hào)頻段的分析，其分辨率不能達(dá)到要求，需要采用頻率細(xì)化技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，該種方法主要是對(duì)時(shí)頻譜圖進(jìn)行細(xì)微結(jié)構(gòu)上的分辨，以便提高信號(hào)處理時(shí)的分辨率。

（3）現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)技術(shù)是指通過對(duì)傳感器采集到的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其不平衡量以及相位進(jìn)行計(jì)算和分析，并通過相關(guān)控制系統(tǒng)輸入量的變化來消除該不平衡量，從而保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)產(chǎn)生不平衡力。轉(zhuǎn)子不平衡力的產(chǎn)生通常由以下幾種情況導(dǎo)致：①轉(zhuǎn)子本身的原始質(zhì)量不平衡；②轉(zhuǎn)子在工作中發(fā)生的漸發(fā)性不平衡；③轉(zhuǎn)子受熱不均勻產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子彎曲；④轉(zhuǎn)子受到氣流突然的沖擊或者受到透平機(jī)和發(fā)電裝置的載荷突然有較大的變化會(huì)產(chǎn)生彎曲。

本文研究對(duì)象為在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用基于虛擬儀器的軟件平臺(tái)LabView進(jìn)行開發(fā)，能夠?qū)鹘y(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件化，降低設(shè)備投資，提高數(shù)據(jù)采集和處理的集成度，從而能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和靈活性。圖2為基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集處理框圖。

3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究

應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)某機(jī)組動(dòng)平衡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)采用上述某型號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體實(shí)施過程如下。

3.1 傳感器布置

圖3為某大型離心機(jī)組全貌，該機(jī)組主要由透平、發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成，振動(dòng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象為主軸各段軸承、軸瓦的振動(dòng)信號(hào)，傳感器采用壓電式傳感器，布置方式如圖所示，對(duì)機(jī)組各部分振動(dòng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集采用電渦流傳感器對(duì)軸端面及軸向平面的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 原始數(shù)據(jù)采集處理

原始信號(hào)數(shù)據(jù)的采集采用NI公司出品的NI9234采集卡實(shí)現(xiàn)，該采集卡分?jǐn)?shù)模兩端，能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在計(jì)算機(jī)中加以展示；軟件集成采用LabView完成，利用Matlab編制相應(yīng)的信號(hào)處理程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)的處理和分析。采集卡與計(jì)算機(jī)的接口采用通用應(yīng)用編程接口API。在開始采集前，對(duì)采集板卡進(jìn)行初始化設(shè)置。

3.3 故障頻譜分析

（1）轉(zhuǎn)子不平衡

如圖4所示，為轉(zhuǎn)子不平衡故障時(shí)的頻譜信號(hào)。該頻譜的特點(diǎn)為：故障波形近似于正弦波形，且1X部分的幅值與通頻部分相比，約為其80%，且其軸心軌跡為近似橢圓形，且軌跡重復(fù)性較差。

（2）轉(zhuǎn)子碰磨故障

如圖5所示，為轉(zhuǎn)子碰磨故障時(shí)的頻譜信號(hào)。該頻譜的特點(diǎn)為：與原始波形相比，高頻部分波形較多，濾波后的波形更加清楚的顯示出每次碰磨后的波峰存在。從快速傅里葉變換的結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)子碰磨的出現(xiàn)同時(shí)顯示在頻譜圖上的周期性波峰。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)大型離心機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所涉及到的信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行了分析，并針對(duì)某型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某大型離心機(jī)組動(dòng)平衡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)D(zhuǎn)子不平衡有很好的調(diào)整功能，同時(shí)能夠?qū)收掀鸬郊皶r(shí)的預(yù)防和處理作用。

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