淺談鼓風機軸振動在線監(jiān)測的檢測點設置

井維明

摘 要：為保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作可靠性，需正確設置系統(tǒng)的各個檢測點，綜合考慮各方面因素，確定檢測點數(shù)量、安裝位置，傳感器選型。擇最佳的測量點，并選用合適的測振動的傳感器，才能夠獲取充足、可靠地設備運行狀態(tài)信息，對轉軸的運行狀態(tài)進行正確判斷。

關鍵詞：軸振動；檢測點；傳感器

1引言

鼓風機是大型旋轉型工業(yè)設備，轉軸是其核心部件，由于轉速高，負荷大，是故障易發(fā)區(qū)。一旦發(fā)生故障，將危及設備和附近工作人員的安全，并造成整個生產(chǎn)流程的中斷，帶來巨大的經(jīng)濟損失。

振動是轉軸故障的主要表現(xiàn)形式，在其故障發(fā)生初期，即可出現(xiàn)振動異常的情況。因此設置在線監(jiān)測系統(tǒng)，對軸振動進行24小時監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)故障，避免重大事故發(fā)生，減小事故危害性。

要保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常、高效的工作，檢測點的正確設置就顯得非常重要。選擇最佳的測量點，并選用合適的測振動的傳感器，才能夠獲取充足、可靠地設備運行狀態(tài)信息，對轉軸的運行狀態(tài)進行正確判斷。如果所得的檢測信號不真實、不典型，或不能客觀的、充分的顯示設備的實際狀態(tài)，那么整個監(jiān)測系統(tǒng)的運行的可靠性將無法保證。

2振動的特征和測量部位

高爐鼓風機是大型旋轉型機械設備，它具有轉速高、轉速恒定、負荷相對平穩(wěn)等特征，其轉軸的振動具有以下特征：1.機組軸系只有兩種轉速，即低速軸系的電動機轉速，和高速軸系的風機轉速，因此振動分析針對這兩個軸系即可；2.鼓風機是一種透平機械，它的工作介質為空氣，正常工作時載荷平穩(wěn)，因此正常工作狀態(tài)下沖擊振動較少；3.鼓風機屬于大功率設備，設備龐大，因此機組發(fā)生故障時，振動會表現(xiàn)出極強的非線性特征，一些振動故障用線性分析理論難于解釋；4.鼓風機振動受高爐工況影響較大，高爐工況波動較大時，會造成風機機組劇烈振動，甚至引發(fā)設備故障；5.由于工作轉速在第一臨界轉速以上，當一些自激頻率接近機組固有頻率，會引起機組的自激振動。

轉軸的線性振動數(shù)學模型為：

式中 k —— 整個支座的剛度系數(shù)，n/m；

c —— 系統(tǒng)阻尼， n/（m/s）；

m —— 轉子質量，kg。

這是一個二階常系數(shù)線性非齊次微分方程，其解由通解和特解兩項組成，即：

式中 （1）為通解，對應衰減自由振動。

（2）為特解，對應穩(wěn)態(tài)強迫振動。

衰減自由振動隨時間推移迅速消失，而強迫振動則不受阻尼影響，是一種振動頻率和激振力同頻的振動。

風機機組的振動頻率與轉軸轉動頻率的關系十分密切，因此轉動頻率是設備故障診斷中很重要的一個參數(shù)。機組發(fā)生故障時，根據(jù)振動頻率的高低，可以粗略地判斷出故障的部位。

能造成機組轉軸振動失穩(wěn)的因素很多，如動壓軸承失穩(wěn)、密封失穩(wěn)、動靜摩擦失穩(wěn)等，失穩(wěn)具有突發(fā)性，往往會帶來嚴重危害。機組的穩(wěn)定性在很大程度上決定于滑動軸承的剛度和阻尼。當系統(tǒng)具有正阻尼時，對振動具有抑制作用，振動會逐漸減弱；當系統(tǒng)具有負阻尼時，則具有激振作用；系統(tǒng)阻尼為零時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定臨界狀態(tài)。

為保證盡早發(fā)現(xiàn)故障跡象，盡量避免故障停機造成的經(jīng)濟損失，必須正確選擇測量部位，以獲得客觀、真實、充分的檢測信息。

通過對風機系統(tǒng)的構成，工作特性的分析，故障易發(fā)區(qū)及故障表現(xiàn)形式的分析，可將風機轉軸、變速箱、電動機轉自轉軸確定為重點監(jiān)測部位。

3測量點的確定

當設備發(fā)生故障時，其往往以一定的狀態(tài)表現(xiàn)出來，而這些狀態(tài)又包含在特定的信號中，對設備進行狀態(tài)監(jiān)測主要是通過獲取這些信號然后進行分析，從而確定設備的故障。而要正確及時的獲取這些信息，必須通過安裝在測量點的傳感器來完成，因此測量點選擇的正確與否，傳感器的選擇是否合適，關系到能否對設備故障做出正確的診斷。

確定測量點數(shù)量及方向時考慮了以下幾方面：應是設備振動的敏感點；能對設備振動狀態(tài)做出全面的描述；應是離機械設備核心部位最近的關鍵點；應是容易產(chǎn)生劣化現(xiàn)象的易損點；不能對設備的原工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。

經(jīng)過對監(jiān)測要求、設備結構、安裝維修等方面的考慮，確定測量點分布如圖所示，對于高爐鼓風機組，可以在風機轉子軸徑部位安裝電渦流傳感器，測量轉子的軸振動；在電機側安裝鍵相傳感器，測量轉速；在變速箱、主電動機的軸承座部位安裝加速度傳感器，測量這些部位的振動加速度。

測軸振動是在一個平面內相互垂直的兩個方向分別安裝的兩個渦流傳感器，測轉速的鍵相傳感器也是渦流傳感器，在電機的轉軸上開出健相槽即可。

溫度、油壓等相關工藝參數(shù)的測量，風機制造廠家在出廠前已經(jīng)設計安裝好，無需另外設置。

4結論

妥善設置各檢測點，建立鼓風機在線監(jiān)測系統(tǒng)，以達到監(jiān)測設備運行，減少故障的目的。其所得各項數(shù)據(jù)信息，還可進一步傳遞到工控機，建立在線故障診斷系統(tǒng)，以達到了解設備的運行狀態(tài)、預知故障、杜絕事故、延長設備運行周期、縮短維修時間、最大限度的發(fā)揮設備的生產(chǎn)潛力，節(jié)約成本的目的。

參考文獻：

[1]楊國安.機械設備故障診斷實用技術[m].北京：中國石化出版社，2007，8.

[2] 王琳.機械設備故障診斷與檢測常用方法及其發(fā)展趨勢[J].武漢工業(yè)大學學報，2000， 22

[3] 王麗芬.機械設備維修與安裝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011，4