在線監測系統在設備管理中的應用

學術論文 2007-11-21 01:29:22

徐興科  孔令先  趙以萬   田保忠  任華玉

    摘要  介紹在線監測系統的構成、主要功能及其在電廠設備管理中的應用情況和取得的成效,提出在線監測應用于設備管理對提高故障診斷水平、促進維修制度改革具有一定的現實意義。
    關鍵詞  設備管理   在線監測   旋轉機械
    中圖分類號  F406.4   文獻標識碼 B

    一、前言
    旋轉機械是在工業中應用最廣泛的機械,也是電廠設備的重要組成部分,一旦故障停機,不但影響電廠的安全生產,而且會造成巨大的經濟損失和社會影響。旋轉機械在運行中與其狀態有關的特征有振動、溫度、噪聲、潤滑油中的磨粒和形態、轉矩等,每個量都從不同的角度反映運行的狀態。但由于現場條件和測試手段的限制,有些特征的提取和分析不易實現,有些特征反映的情況不敏感。而旋轉機械的振動信號中含有設備運行工況的豐富信息,這些信息在振動的相位和譜圖中有所體現,從而可以推斷出振動的原因和故障類型。
    對旋轉機械進行在線監測,及時取得振動信息進行處理私綜合分析,根據其數值及變化趨勢,可對設備可靠性隨時作出判斷,發現故障隱患,提供預警,還可預測設備剩余壽命。在線監測診斷的特點是可以對運行中的設備進行連續或隨時的判斷使預防性維修向預知性維修即狀態維修過渡。
    二、系統選擇
    典型的狀態監測方式包括:離線定期監測方式、在線監測A線分析的監測方式、自動在線監測方式。
    國內的振動狀態監測系統主要有:哈爾濱工業大學等單位聯合研制的3MD一Ⅰ、3MD一Ⅱ、3MD一Ⅲ系統;西安交通大學機械監測與診斷研究室的RMMDS系統;西安交通大學潤滑理論及軸承研究室的RB20一Ⅰ系統;鄭州工學院的RMMDS系統;重慶太笛公司的CDMS系統;浙江大學的CMD一Ⅰ型及Ⅱ型系統;西北工業大學的MD3905系統;北京機械工業學院的BJD—ZⅠ、BJD一ZⅡ、BJD一ZⅢ系統。這些系統的主要功能有軸振動監測,包括軸心軌跡分析、軸向串動、軸振動位移峰一峰值計算;殼體振動監測;頻譜分析,包括頻率細化、階比譜分析、階跟蹤譜、三維功率譜分析;自動預、報警;故障特征提取及診斷。
    國外的振動狀態監測系統主要有丹麥B&K公司的2520型振動監測系統、美國BENTLY公司的3300系列振動監測系統、美國亞特蘭大公司的M6000系統、美國IRD公司的IQ2000系統、美國恩泰克(Entek)公司的預測維修系統(Preventive Mainte-nance System)等。其中,美國恩泰克公司的預測維修系統最具有代表性,其主要功能有:幅值趨勢圖顯示;時域波形顯示,頻譜顯示;兩頻譜幅值比顯示,兩頻譜幅值差顯示;三維譜圖顯示;用旋轉機械故障診斷專家系統進行離線故障診斷;支持鐵譜分析;支持局域網。該預測系統能對頻譜進行自動比較,能識別由于旋轉機械轉速變化所引起的頻率漂移,并提供報警信號。
    勝利石油管理局勝利發電廠綜合考慮供貨渠道、價格、業績、技術服務等因素,選擇了美國恩泰克公司集振動監測與預測維修于一體的在線監測系統。其中振動傳感器為9200型加速度計,共購置40只,分別安裝在2#機組的2臺送風機、2臺吸風機、2臺排粉機、2臺給水泵、2臺凝結水泵的主要支承軸承處,共計40個測點。
    三、系統構成
    1.硬件系統
    (1)加速度傳感器
    加速度傳感器是把被測設備的機械振動量(加速度)準確無誤地接受下來,并將此機械量轉換成電信號(電壓)輸出,實現機械能到電能的轉換。
    (2) Enwatch數據采集模塊
    Enwatch數據采集模塊是16通道網絡化在線采集模塊,每個采集模塊均配有標準的RJ-45以太網接口,它是分布在設備現場的采集模塊,其采集信息可通過以太網絡傳輸到奧德賽系統數據庫中,可直接安裝在被監測設備附近,用于人員無法接近或危險區域的設備監測。
    (3)端子排
    端子排箱安裝在現場。
    (4)信號線
    ①傳感器到端子排的信號線:9200傳感器輸出端接有附帶的4m長傳感器電纜,各個傳感器電纜聯入端子排并由端子排輸出多芯總屏電纜。若4m長傳感器電纜長度不夠,可采用雙芯屏蔽電纜加以延長。
    ②端子排到Enwatch的信號線:由端子排輸出的多芯總屏電纜直接接入Enwatch數據采集模塊的相應通道,為了防信號衰減,該段電纜長度不足300m,電纜走線時,盡量避免與強電電路平行,否則需距其lm以上或另加金屬套管加強屏蔽。
    2.軟件系統
    EMONITOR Odyssey軟件是在線監測系統的核心,是一個全功能的窗口版預測維修軟件,不僅能系統地管理預測維修和性能監測活動的數據,而且還提供一套完整的方法,將這些數據轉換為設備的狀態信息。具體功能如下。
    (1)系統管理
    Odyssey軟件的管理功能包括兩個方面:文件管理和用戶管理。文件管理是由備份檢測數據和程序文件組成。隨著時間的推移,數據庫存儲的設備信息會越來越龐大,這不僅影響軟件運行的速度,而且在計算機出現故障時會丟失信息,使監測人員的工作付之東流,最基本、最有效的辦法就是定期將數據和程序設置文件備份到另一臺計算機或移動硬盤上,這正是。         Odyssey軟件文件管理職責所在。除計算機出現故障而丟失信息外,操作人員在使用過程中的不當操作、非操作人員的非法操作也會造成數據丟失,Odyssey軟件的用戶管理職能解決了這個問題,Odyssey軟件可以設定安全等級,將操作人員分為三種權限:一般操作人員可以建序列、將序列裝入數采器、回放數據、修改數采器設置、修改自己的口令、打印報表和顯示檢測數據的圖形;高級操作人員除了具有一般操作人員的權限外,還可以修改數據庫、替換和刪除操作、修改存儲和刪除視圖、刪除序列、建立和刪除報表描述、生成報警統計;管理員除了具有高級操作人員的權限外還可以增加刪除和修改用戶名和口令、設定進入軟件必須登陸、設定不須登錄用戶的默認權限。
    (2)數據的圖形分析
    在線監測系統除了對設備的檢測(報警)之外,再就是分析診斷以確定故障的原因所在。借助于圖形進行分析是一個主要方面。Odyssey軟件提供的圖形有:
    ①幅值趨勢圖(Trend),觀測設備振動的歷史變化趨勢。
    ②頻譜圖(Spectrum),觀測設備某測點振動的頻率成分。
    ③時域波形(Time waveform),觀測設備某測點振動的時域波形。
    ④譜陣圖(Waterfal),觀測設備某測點振動頻譜的變化趨勢。
    ⑤頻段趨勢圖(Frequency Band),觀測設備某測點振動各頻段成分的變化趨勢。
    ⑥自動顯示圖(Auto View),觀測設備某測點所有測量定義的相關圖形,了解該測點的全面信息。
    ⑦振動分析圖(Vib Analysis),綜合觀測設備某測點的幅值趨勢、相關頻譜、譜陣圖。
    ⑧HVA圖,同時顯示設備某測點水平(H)、垂直(V)、軸向(A)三個方向的頻譜圖。
    ⑨頻譜差值圖(Baseline diffe),顯示當前時間頻譜和Baseline頻譜相間的結果。
    為了方便分析診斷,這些圖形可以單獨顯示,也可以根據需要進行組合,顯示在同一個窗口。
    圖形操作具有改變圖形坐標軸、顏色、光標形式及顯示、字形、圖中的數字格式、圖形點和線的類型,顯示設備狀態注釋及注釋碼、顯示和隱藏頻段幅值、在圖中輸入及編輯注視、拷貝圖形和打印圖形等功能。
    (3)報表操作
    報告報表是狀態監測人員與設備科和檢修人員的非常重要的溝通工具,Odyssey軟件提供了42種標準報表格式,這些報表均可以打印、顯示和拷貝,可以作為文件進行傳送,報表中可以包含數據表、圖形,或兩者的組合,任何一個報表都可以制成ASCII文本文件,并可以送到如WORD, EXCEL等其他應用軟件中。如果這42種格式都不能滿足報表的要求,監測人員可以根據領導的要求和白己的需要,在。街ssey環境下建立自定義報表,而且可以作為標準的報告格式存儲起來,以備調用。
    (4)報警設置
    報警方式和報警值的設定在預測維修工作中是非常重要的,一個有效的預測維修系統要處理成百上千個測點的測試數據,怎樣從大量的數據提取出值得分析的反映設備狀態變化的數據,怎樣區分出有問題的設備和沒問題的設備,什么樣的設備還可以堅持運行,什么樣的設備必須停機,這都依賴于軟件的報警功能。Odyssey軟件不但可以設置幅值、頻譜、頻段和時域波形報警,而且可以建立統計報警,統計值包括當前序列中所有測量定義及設備分類中的最小值、最大值、平均值和標準方差,這將有助于設備管理人員建立和探索設備檢修的企業標準,在安全運行的條件下,使設備發揮最大的效能。
    (5)輔助診斷
    Odyssey軟件具有輔助診斷功能,即在頻譜圖中或報告中自動識別特定故障類型產生的頻率。使用輔助診斷功能,診斷人員可以在采集得到的振動頻譜中標注故障特征頻率,迅速簡便地識別故障類型。例如滾動軸承、電機等的故障。
    四、系統使用效果
    1.準確判斷設備故障
    在沒有安裝在線監測系統時,從頻譜上一旦發現軸承的故障頻率,就對其進行跟蹤監測,如果故障頻率的幅值增大,就認為軸承故障在惡化。安裝在線監測系統后,由于振動信號的連續性,認識到過去的這一觀點是錯誤的,在頻譜圖上發現軸承故障頻率,只能說明軸承產生了早期故障,隨著時間的推移,軸承故障頻率的幅值有時增大、有時減小,經過一段時間的運行,軸承故障頻率甚至在頻譜圖中消失。
    振動的測試參數有位移、速度、加速度,因此判斷振動故障的標準有三個,即振動位移標準、振動速度標準和振動加速度標準,人們一般習慣使用位移標準。使用在線監測系統后,發現在很多情況下使用速度和加速度標準更好一些。位移標準一般用于判定軸系問題,比如不平衡、不對中等故障;速度標準用于判定機器的整體狀態;加速度標準用于判定軸承、齒輪的故障。
    2004年1月9日,2#機組乙送風機電機驅動端軸承位移、速度的振動趨勢平穩,但振動尖峰能量值陡然增大。經檢查發現該軸承缺油,造成潤滑不良,加油后,振動尖峰能量值下降,趨勢平緩。如果此時僅以振動位移或速度為依據,則不能發現軸承潤滑不良的故障。
    2.避免突發故障
    3#機組2A送風機驅動端軸承保持架突然斷裂,由于該設備未安裝在線監測系統,實行離線監測,監測周期為7天,比較監測數據,無論觀察各參數的振動趨勢圖,還是觀察各參數的頻譜圖,都沒有發現異常現象,其原因就是該故障從產生、發展到損壞的整個過程極其短暫。如果該設備安裝在線監測系統,由于振動監測的連續性(1小時測1次或1天測1次),這種發展迅速的故障就無法逃脫監視,在其萌芽狀態被消除,使設備按計劃進行修理,保證生產有序進行。
    3.及時發現和處理常見故障
    在線監測使用一年來,據不完全統計共發現常見故障13次。其中風機葉輪由于質量分布不均造成的不平衡振動8次,均在設備備用和計劃停機期間實施了現場動平衡,將振動控制在標準范圍內;基礎或地腳螺栓松動故障3次,聯軸器不對中故障2次,均在適當的時機進行了處理。
    4.延長軸承的使用壽命
    滾動軸承是旋轉機械的重要支承部件,且價格昂貴,診斷人員利用在線監測的連續性,使已存在故障隱患的軸承安全運行至其極限,發揮滾動軸承的最大效能,對降低維修費用、節約成本具有重要的現實意義。
    2004年2月初發現了軸承的異常頻率,頻率的幅值時大時小,進入10月份軸承故障明顯惡化,但診斷人員充分發揮在線監測系統的特點和優勢,跟蹤軸承故障的發展變化,認為可以堅持運行,直至11月23日診斷人員才下達設備異常通知單,建議檢查。經檢修人員解體檢查,發現軸承外圈滾道約有60mm×170mm的剝落坑、多個滾子有麻點、軸承游隙嚴重超標,與故障診斷完全吻合。自發現軸承故障至停機檢修,軸承的使用壽命延長了7032h,避免了直接經濟損失2.3萬元。
    參考文獻
    1 韓捷,張瑞林.旋轉機械故障機理及診斷技術.北京:機械工業出版社
    2 [美]J.S米切爾.機器故障的分析與監測.北京:機械工業出版社

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