基于負(fù)載分析的風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

彭 松，楊 成，牛 焱，邵崇杰

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引言

隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)越來越普及，這不僅能及時(shí)了解風(fēng)機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，而且還可進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警和故障預(yù)報(bào)，并能高速瞬時(shí)地保存大量異常信息以便進(jìn)行故障分析。這在很大程度上可以避免重大事故的發(fā)生，對(duì)保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，提高運(yùn)行效率具有十分重大而深遠(yuǎn)的意義[1]。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大而得到充分的體現(xiàn)[2]。

某車企涂裝車間僅ASU（Air Supply Unit，送風(fēng)單元）工藝送排風(fēng)和Oven烤箱系統(tǒng)的送排風(fēng)就包含104臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中功率37 kW以上的有85臺(tái)，功率100 kW以上的有38臺(tái)。這些風(fēng)機(jī)絕大部分都與噴漆車間工藝生產(chǎn)線的溫濕度直接相關(guān)，一旦風(fēng)機(jī)出現(xiàn)任何故障將影響工藝送風(fēng)的溫濕度從而導(dǎo)致生產(chǎn)停線（圖1）。一般來說，風(fēng)機(jī)最容易出現(xiàn)問題的地方就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此監(jiān)測(cè)其電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)十分必要。

1 負(fù)載分析

圖1 色漆排風(fēng)故障風(fēng)機(jī)更換現(xiàn)場(chǎng)

由于車間現(xiàn)場(chǎng)使用風(fēng)機(jī)均為定轉(zhuǎn)速，在上位控制系統(tǒng)中設(shè)置風(fēng)量，根據(jù)風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)整電機(jī)頻率。根據(jù)公式P=Tn/9550=（T葉輪+T轉(zhuǎn)子）n/9550，其中，P為功率，T為總負(fù)載（包含葉輪部分負(fù)載T葉輪及轉(zhuǎn)子克服摩擦負(fù)載 T轉(zhuǎn)子），n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。可知，定轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)的功率P完全與其負(fù)載T成正比，所以風(fēng)機(jī)的負(fù)載T上升將導(dǎo)致電機(jī)功率P上升，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的耗電量增加。進(jìn)一步分析可知導(dǎo)致定轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)負(fù)載增大的情況有2種情況。

（1）葉輪負(fù)載增大。此種情況可能是工藝風(fēng)道出現(xiàn)堵塞等情況導(dǎo)致。

（2）轉(zhuǎn)子負(fù)載增大。此種情況直接與電機(jī)軸承的磨損嚴(yán)重程度相關(guān)，如果排除工藝上導(dǎo)致葉輪負(fù)載增大的因素，基本上可以通過負(fù)載來反映軸承磨損狀況。

根據(jù)公式P=UI，其中，U為電機(jī)工作電壓，I為電機(jī)工作電流。可知，由于電機(jī)工作電壓不變，電機(jī)功率上升導(dǎo)致其電流增加。根據(jù)公式Q=I2Rt，其中，Q為電機(jī)發(fā)熱量，I為電機(jī)工作電流，R為電機(jī)內(nèi)部電阻、t為工作時(shí)間。當(dāng)I增加、R不變，單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)的發(fā)熱量增加，隨著時(shí)間t增加，電機(jī)溫度越來越高，如果電機(jī)沒有過熱保護(hù)將造成電機(jī)高溫?zé)龤А?/p>

綜上所述，可知電機(jī)負(fù)載增大將導(dǎo)致諸多問題，通過監(jiān)控電機(jī)負(fù)載（圖2），及時(shí)安排維修人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，可以避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)載運(yùn)行，不僅節(jié)省電能，同時(shí)也避免的電機(jī)燒毀的情況發(fā)生。

2 負(fù)載數(shù)據(jù)收集及處理

現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)數(shù)據(jù)通過Lenze 9400變頻器進(jìn)行收集，在保證生產(chǎn)及工藝不受影響的前提下，利用Lenze Engineer軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程在線方式收集電機(jī)的負(fù)載、電流、電壓和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)（圖3）。

圖2 風(fēng)機(jī)工藝系統(tǒng)Integra界面

圖3 Lenze Engineer軟件中電機(jī)參數(shù)界面

目前已經(jīng)對(duì)該涂裝車間104臺(tái)大型風(fēng)機(jī)建立了負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)，通過分析結(jié)果可及時(shí)精準(zhǔn)的安排風(fēng)機(jī)檢修計(jì)劃。

3 效果與效益

3.1 節(jié)能降耗

通過電機(jī)負(fù)載趨勢(shì)圖（圖4）可以監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載急劇增加或出現(xiàn)上升趨勢(shì)，及時(shí)安排檢查送排風(fēng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)過燃燒器前擋火板出現(xiàn)了堵塞或風(fēng)閥機(jī)械卡死，通過及時(shí)清理?yè)趸鸢寤蛘{(diào)整風(fēng)閥可顯著降低風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行負(fù)載，僅此舉每年能為公司涂裝車間ASU及烤箱送排風(fēng)系統(tǒng)節(jié)省電能約1.0×107 kW·h。其中，節(jié)省電能=∑（風(fēng)機(jī)高負(fù)載時(shí)電機(jī)功率-風(fēng)機(jī)低負(fù)載時(shí)電機(jī)功率）×運(yùn)行時(shí)間。

圖4 電機(jī)負(fù)載趨勢(shì)

通過點(diǎn)修補(bǔ)ASU風(fēng)機(jī)負(fù)載趨勢(shì)圖（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，2017年6月僅兩臺(tái)點(diǎn)修補(bǔ)送風(fēng)風(fēng)機(jī)負(fù)載就比2016年6月，分別增加了40%和72%。通過對(duì)整個(gè)工藝環(huán)節(jié)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)了新風(fēng)入口擋火板出現(xiàn)了嚴(yán)重堵塞（圖6），通過及時(shí)處理降低了電機(jī)負(fù)載，不僅給公司節(jié)省了電費(fèi)，同時(shí)也避免了風(fēng)機(jī)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間滿頻運(yùn)行高溫?fù)p壞或壽命縮短。此類問題也出現(xiàn)在了其他的風(fēng)機(jī)上。

3.2 避免重大停機(jī)

該監(jiān)控系統(tǒng)成功預(yù)警了多次大風(fēng)機(jī)故障，安排非生產(chǎn)時(shí)間及時(shí)更換電機(jī)（圖7，密封膠烤箱加熱1段風(fēng)機(jī)、注蠟排風(fēng)風(fēng)機(jī)、閃蒸烤箱加熱段風(fēng)機(jī)和色漆循環(huán)抽風(fēng)風(fēng)機(jī)等），多次避免了重大停機(jī)的發(fā)生，有效保障了生產(chǎn)。

4 總結(jié)

圖5 點(diǎn)修補(bǔ)送風(fēng)風(fēng)機(jī)負(fù)載趨勢(shì)

圖6 點(diǎn)修補(bǔ)送風(fēng)系統(tǒng)擋火板清洗堵塞前后對(duì)比

圖7 色漆循環(huán)風(fēng)機(jī)更換現(xiàn)場(chǎng)

從預(yù)見性維護(hù)方面著手，針對(duì)噴漆工廠104臺(tái)大型風(fēng)機(jī)，利用Lenze Engineer軟件建立了風(fēng)機(jī)負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得以下主要結(jié)論。

（1）通過分析風(fēng)機(jī)負(fù)載趨勢(shì)可預(yù)判風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)維護(hù)工作，預(yù)防重大停機(jī)發(fā)生。

（2）通過分析風(fēng)機(jī)負(fù)載趨勢(shì)可在風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗方面都發(fā)揮重要作用。