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在线监测系统在设备管理中的应用 |
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| 在线监测系统在设备管理中的应用 |
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作者：未知 文章来源：网上搜集 点击数： 更新时间：2006-11-26 19:59:26  |
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摘 要：介绍在线监测系统的构成、主要功能及其在电厂设备管理中的应用情况和取得的成效，提出在线监测应用于设备管理对提高故障诊断水平、促进维修制度改革具有一定的现实意义。
关键词：设备管理 在线监测 旋转机械
一、前言
旋转机械是在工业中应用最广泛的机械，也是电厂设备的重要组成部分，一旦故障停机，不但影响电厂的安全生产，而且会造成巨大的经济损失和社会影响。旋转机械在运行中与其状态有关的特征有振动、温度、噪声、润滑油中的磨粒和形态、转矩等，每个量都从不同的角度反映运行的状态。但由于现场条件和测试手段的限制，有些特征的提取和分析不易实现，有些特征反映的情况不敏感。而旋转机械的振动信号中含有设备运行工况的丰富信息，这些信息在振动的相位和谱图中有所体现，从而可以推断出振动的原因和故障类型。
对旋转机械进行在线监测，及时取得振动信息进行处理和综合分析，根据其数值及变化趋势，可对设备可靠性随时作出判断，发现故障隐患，提供预警，还可预测设备剩余寿命。在线监测诊断的特点是可以对运行中的设备进行连续或随时的判断，使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡。
二、系统选择
典型的状态监测方式包括：离线定期监测方式、在线监测离线分析的监测方式、自动在线监测方式。
国内的振动状态监测系统主要有：哈尔滨工业大学等单位联合研制的3MD-I、3MD-II、3MD-Ⅲ系统；西安交通大学机械监测与诊断研究室的RMMDS系统；西安交通大学润滑理论及轴承研究室的RB20-1系统；郑州工学院的RMMDS系统；重庆太笛公司的CDMS系统；浙江大学的CMD-Ⅰ型及Ⅱ型系统；西北工业大学的MD3905系统；北京机械工业学院的BJD-ZⅠ、BJ D-ZⅡ , BJD-ZⅢ系统。这些系统的主要功能有轴振动监测，包括轴心轨迹分析、轴向串动、轴振动位移峰一峰值计算；壳体振动监测；频谱分析，包括频率细化、阶比潜分析、阶跟踪谱、三维功率谱分析；自动预、报警；故障特征提取及诊断。
国外的振动状态监测系统主要有丹麦B&K公司的2520型振动监测系统、美国BENTLY公司的3300系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的M6000系统、美国IRD公司的IQ2000系统、美国恩泰克（Entek）公司的预测维修系统（Preventive Maintenance System）等其中，美国恩泰克公司的预测维修系统最具有代表性，其主要功能有：幅值趋势图显示；时域波形显示，频谱显示；两频谱幅值比显示，两频谱幅值差显示；三维谱图显示；用旋转机械故障诊断专家系统进行离线故障诊断；支持铁谱分析；支持局域网。该预测系统能对频谱进行自动比较，能识别由于旋转机械转速变化所引起的频率漂移，并提供报警信号。
胜利石油管理局胜利发电厂综合考虑供货渠道、价格、业绩、技术服务等因素，选择了美国恩泰克公司集振动监测与预测维修于一体的在线监测系统其中振动传感器为9200型加速度计，共购置40只，分别安装在2＃机组的2台送风机、2台吸风机、2台排粉机、2台给水泵、2台凝结水泵的主要支承轴承处，共计40个测点。
三、系统构成
1．硬件系统
(1)加速度传感器
加速度传感器是把被测设备的机械振动量（加速度）准确无误地接受下来，并将此机械量转换成电信号（电压）输出，实现机械能到电能的转换。
(2) Enwatch数据采集模块
Enwatch数据采集模块是16通道网络化在线采集模块，每个采集模块均配有标准的RJ-45以太网接口，它是分布在设备现场的采集模块，其采集信息可通过以太网络传输到奥德赛系统数据库中，可直接安装在被监测设备附近，用于人员无法接近或危险区域的设备监测。
(3）端子排
端子排箱安装在现场
(4)信号线
①传感器到端子排的信号线：9200传感器输出端接有附带的4m长传感器电缆，各个传感器电缆联入端子排并由端子排输出多芯总屏电缆。若4m长传感器电缆长度不够，可采用双芯屏蔽电缆加以延长。
②端子排到Enwatch的信号线：由端子排输出的多芯总屏电缆直接接入Enwatch数据采集模块的相应通道，为了防信号衰减，该段电缆长度不足300m，电缆走线时，尽量避免与强电电路平行，否则需距其1m以上或另加金属套管加强屏蔽。
2．软件系统
EMONITOR Odyssey软件是在线监测系统的核心，是一个全功能的窗门版预测维修软件，不仅能系统地管理预测维修和性能监测活动的数据，而且还提供一套完整的方法，将这些数据转换为设备的状态信息具体功能如下。
(1)系统管理
Odyssey软件的管理功能包括两个方面：文件管理和用户管理。文件管理是由备份检测数据和程序文件组成。随着时间的推移，数据库存储的设备信息会越来越庞大，这不仅影响软件运行的速度，而且在计算机出现故障时会丢失信息，使监测人员的工作付之东流，最基本、最有效的办法就是定期将数据和程序设置文件备份到另一台计算机或移动硬盘上，这正是Odyssey软件文件管理职责所在。除计算机出现故障而丢失信息外，操作人员在使用过程中的不当操作、非操作人员的非法操作也会造成数据丢失，Odyssey软件的用户管理职能解决了这个问题，Odyssey软件可以设定安全等级，将操作人员分为三种权限：一般操作人员可以建序列、将序列装入数采器、回放数据、修改数采器设置、修改自己的口令、打印报表和显示检测数据的图形；高级操作人员除了具有一般操作人员的权限外，还可以修改数据库、替换和删除操作、修改存储和删除视图、删除序列、建立和删除报表描述、生成报警统计；管理员除了具有高级操作人员的权限外还可以增加删除和修改用户名和口令、设定进入软件必须登陆、设定不须登录用户的默认权限。
(2)数据的图形分析
在线监测系统除了对设备的检测（报警）之外，再就是分析诊断以确定故障的原因所在。借助于图形进行分析是一个主要方面。Odyssey软件提供的图形有：
①幅值趋势图(Trend)，观测设备振动的历史变化趋势。
②频谱图（Spectrum)，观测设备某测点振动的频率成分。
③时域波形（Time waveform)，观测设备某测点振动的时域波形。
④谱阵图（Waterfall)，观测设备某测点振动频谱的变化趋势。
⑤频段趋势图（Frequency Band)，观测设备某测点振动各频段成分的变化趋势。
⑥自动显示图（Auto View)，观测设备某测点所有测量定义的相关图形，了解该测点的全面信息。
⑦振动分析图（Vib Analysis)，综合观测设备某测点的幅值趋势、相关频谱、谱阵图。
⑧HVA图，同时显示设备某测点水平（H)、垂直（V)、轴向(A)三个方向的频谱图。
⑨频谱差值图（Baseline diffe)，显示当前时间频谱和Baseline频谱相间的结果。
为了方便分析诊断，这些图形可以单独显示，也可以根据需要进行组合，显示在同一个窗口。
图形操作具有改变图形坐标轴、颜色、光标形式及显示、字形、图中的数字格式、图形点和线的类型，显示设备状态注释及注释码、显示和隐藏频段幅值、在图中输入及编辑注视、拷贝图形和打印图形等功能。
(3)报表操作
报告报表是状态监测人员与设备科和检修人员的非常重要的沟通工具，Odyssey软件提供了42种标准报表格式，这些报表均可以打印、显示和拷贝，可以作为文件进行传送，报表中可以包含数据表、图形，或两者的组合，任何一个报表都可以制成ASCII文本文件，并可以送到如WORD、EXCEL等其他应用软件中。如果这42种格式都不能满足报表的要求，监测人员可以根据领导的要求和自己的需要，在Odyssey环境下建立自定义报表，而且可以作为标准的报告格式存储起来，以备调用。
(4)报警设置
报警方式和报警值的设定在预测维修工作中是非常重要的，一个有效的预测维修系统要处理成百上千个测点的测试数据，怎样从大量的数据提取出值得分析的反映设备状态变化的数据，怎样区分出有问题的设备和没问题的设备，什么样的设备还可以坚持运行，什么样的设备必须停机，这都依赖于软件的报警功能。Odyssey软件不但可以设置幅值、频谱、频段和时域波形报警，而且可以建立统计报警，统计值包括当前序列中所有测量定义及设备分类中的最小值、最大值、平均值和标准方差，这将有助于设备管理人员建立和探索设备检修的企业标准，在安全运行的条件下，使设备发挥最大的效能。
(5)辅助诊断
0dyssey软件具有辅助诊断功能，即在频谱图中或报告中自动识别特定故障类型产生的频率。使用辅助诊断功能，诊断人员可以在采集得到的振动频谱中标注故障特征频率，迅速简便地识别故障类型。例如滚动轴承、电机等的故障。
四、系统使用效果
1．准确判断设备故障
在没有安装在线监测系统时，从频谱上一旦发现轴承的故障频率，就对其进行跟踪监测，如果故障频率的幅值增大，就认为轴承故障在恶化。安装在线监测系统后，由于振动信号的连续性，认识到过去的这一观点是错误的，在频谱图上发现轴承故障频率，只能说明轴承产生了早期故障，随着时间的推移，轴承故障频率的幅值有时增大、有时减小，经过一段时间的运行，轴承故障频率甚至在频谱图中消失。
振动的测试参数有位移、速度、加速度，因此判断振动故障的标准有三个，即振动位移标准、振动速度标准和振动加速度标准，人们一般习惯使用位移标准。使用在线监测系统后，发现在很多情况下使用速度和加速度标准更好一些。位移标准一般用于判定轴系问题，比如不平衡、不对中等故障；速度标准用于判定机器的整体状态；加速度标准用于判定轴承、齿轮的故障。
2004年1月9日，2＃机组乙送风机电机驱动端轴承位移、速度的振动趋势平稳，但振动尖峰能量值陡然增大。经检查发现该轴承缺油，造成润滑不良，加油后，振动尖峰能量值下降，趋势平缓。如果此时仅以振动位移或速度为依据，则不能发现轴承润滑不良的故障。
2．避免突发故障
3＃机组2A送风机驱动端轴承保持架突然断裂，由于该设备未安装在线监测系统，实行离线监测，监测周期为7天，比较监测数据，无论观察各参数的振动趋势图，还是观察各参数的频谱图，都没有发现异常现象，其原因就是该故障从产生、发展到损坏的整个过程极其短暂。如果该设备安装在线监测系统，由于振动监测的连续性（1小时测1次或1天测1次），这种发展迅速的故障就无法逃脱监视，在其萌芽状态被消除，使设备按计划进行修理，保证生产有序进行。
3．及时发现和处理常见故障
在线监测使用一年来，据不完全统计共发现常见故障13次。其中风机叶轮由于质量分布不均造成的不平衡振动8次，均在设备备用和计划停机期间实施了现场动平衡，将振动控制在标准范围内；基础或地脚螺栓松动故障3次，联轴器不对中故障2次，均在适当的时机进行了处理。
4．延长轴承的使用寿命
滚动轴承是旋转机械的重要支承部件，且价格昂贵，诊断人员利用在线监测的连续性，使已存在故障隐患的轴承安全运行至其极限，发挥滚动轴承的最大效能，对降低维修费用、节约成本具有重要的现实意义。
2004年2月初发现了轴承的异常频率，频率的幅值时大时小，进入10月份轴承故障明显恶化，但诊断人员充分发挥在线监测系统的特点和优势，跟踪轴承故障的发展变化，认为可以坚持运行，直至11月23日诊断人员才下达设备异常通知单，建议检查。经检修人员解体检查，发现轴承外圈滚道约有60mm×170mm的剥落坑、多个滚子有麻点、轴承游隙严重超标，与故障诊断完全吻合。自发现轴承故障至停机检修，轴承的使用寿命延长了7032h，避免了直接经济损失2.3万元。
参考文献
1 韩捷，张瑞林．旋转机械故障机理及诊断技术．北京：机械工业出版社
2 [美]J.S米切尔．机器故障的分析与监测．北京：机械工业出版社
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| 资讯录入：设备管理 责任编辑：设备管理 |
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