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罗茨风机轴振动在线监测的检测点设置

罗茨风机轴振动在线监测的检测点设置

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

罗茨风机是大型旋转型工业设备,转轴是其核心部件,由于转速高,负荷大,是故障易发区。一旦发生故障,将危及设备和附近工作人员的安全,并造成罗茨鼓风机损毁及整个生产流程的中断,带来巨大的经济损失。
振动是转轴故障的主要表现形式,在其故障发生初期,即可出现振动异常的情况。因此设置在线监测系统,对轴振动进行24小时监测,可及时发现故障,避免重大事故发生,减小事故危害性。
要保证监测系统的正常、高效的工作,检测点的正确设置就显得非常重要。选择最佳的测量点,并选用合适的测振动的传感器,才能够获取充足、可靠地设备运行状态信息,对转轴的运行状态进行正确判断。如果所得的检测信号不真实、不典型,或不能客观的、充分的显示设备的实际状态,那么整个监测系统的运行的可靠性将无法保证。
2振动的特征和测量部位
高炉罗茨风机是大型旋转型机械设备,它具有转速高、转速恒定、负荷相对平稳等特征,其转轴的振动具有以下特征:1.机组轴系只有两种转速,即低速轴系的电动机转速,和高速轴系的罗茨鼓风机转速,因此振动分析针对这两个轴系即可;2.罗茨风机是一种透平机械,它的工作介质为空气,正常工作时载荷平稳,因此正常工作状态下冲击振动较少;3.罗茨风机属于大功率设备,设备庞大,因此机组发生故障时,振动会表现出极强的非线性特征,一些振动故障用线性分析理论难于解释;4.罗茨风机振动受高炉工况影响较大,高炉工况波动较大时,会造成风机机组剧烈振动,甚至引发设备故障;5.由于工作转速在第一临界转速以上,当一些自激频率接近机组固有频率,会引起机组的自激振动。
转轴的线性振动数学模型为:
式中 k —— 整个支座的刚度系数,N/m;
c —— 系统阻尼, N/(m/s);
m —— 转子质量,kg。
这是一个二阶常系数线性非齐次微分方程,其解由通解和特解两项组成,即:
式中 (1)为通解,对应衰减自由振动。
(2)为特解,对应稳态强迫振动。
衰减自由振动随时间推移迅速消失,而强迫振动则不受阻尼影响,是一种振动频率和激振力同频的振动。
风机机组的振动频率与转轴转动频率的关系十分密切,因此转动频率是设备故障诊断中很重要的一个参数。机组发生故障时,根据振动频率的高低,可以粗略地判断出故障的部位。
能造成机组转轴振动失稳的因素很多,如动压轴承失稳、密封失稳、动静摩擦失稳等,失稳具有突发性,往往会带来严重危害。机组的稳定性在很大程度上决定于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有正阻尼时,对振动具有抑制作用,振动会逐渐减弱;当系统具有负阻尼时,则具有激振作用;系统阻尼为零时,系统处于稳定临界状态。
为保证尽早发现故障迹象,尽量避免故障停机造成的经济损失,必须正确选择测量部位,以获得客观、真实、充分的检测信息。
通过对风机系统的构成,工作特性的分析,故障易发区及故障表现形式的分析,可将风机转轴、变速箱、电动机转自转轴确定为重点监测部位。
3测量点的确定
当设备发生故障时,其往往以一定的状态表现出来,而这些状态又包含在特定的信号中,对设备进行状态监测主要是通过获取这些信号然后进行分析,从而确定设备的故障。而要正确及时的获取这些信息,必须通过安装在测量点的传感器来完成,因此测量点选择的正确与否,传感器的选择是否合适,关系到能否对设备故障做出正确的诊断。
确定测量点数量及方向时考虑了以下几方面:(1)应是设备振动的敏感点;(2)能对设备振动状态做出全面的描述;(3)应是离机械设备核心部位最近的关键点;(4)应是容易产生劣化现象的易损点;(5)不能对设备的原工作状态产生影响。
经过对监测要求、设备结构、安装维修等方面的考虑,确定测量点分布如图所示,对于高炉罗茨风机组,可以在风机转子轴径部位安装电涡流传感器,测量转子的轴振动;在电机侧安装键相传感器,测量转速;在变速箱、主电动机的轴承座部位安装加速度传感器,测量这些部位的振动加速度。
测轴振动是在一个平面内相互垂直的两个方向分别安装的两个涡流传感器,测转速的键相传感器也是涡流传感器,在电机的转轴上开出健相槽即可。
温度、油压等相关工艺参数的测量,风机制造厂家在出厂前已经设计安装好,无需另外设置。
涡流传感器选用美国本特利公司的3300 XL传感器(8mm 电涡流探头),加速度传感器选用美国PCB公司的产品,型号为608A11。将设备的振动信号检测出来后,经过抗干扰的延伸电缆,将信号传送至信号调理仪进行后续处理。
4结论
妥善设置各检测点,建立罗茨鼓风机在线监测系统,以达到监测设备运行,减少故障的目的。其所得各项数据信息,还可进一步传递到工控机,建立在线故障诊断系统,以达到了解设备的运行状态、预知故障、杜绝事故、延长设备运行周期、缩短维修时间、最大限度的发挥设备的生产潜力,节约成本的目的。

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