OG风机状态监测与故障诊断系统设计4修改论文Word文档下载推荐.docx

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1.3设备状态监测与故障故障技术的发展及趋势

90年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化，使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件。

丹麦、美国、德国、日本等发达国家的专家学者对旋转机械工作状态监测技术进行了深入研究，研制出不同系统。

该类系统以丹麦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系统为代表已经达到较高的水平。

在功能上比较典型的系统之一是丹麦B&

K公司的2520型振动监测系统（vibrationmonitor-type2520），主要功能有：

自动谱比较并进行故障预警报警；

对6％和23％恒百分比带宽谱进行速度补偿；

幅值增长趋势图显示；

三维谱图显示；

振动总均方根值（振动烈度）计算；

支持局域网。

美国IRD公司的IQ2000系统可认为是至今为止有报道的功能最齐全的监测与诊断系统。

　　我国在工业部门中开展状态监测技术研究的工作起步于1986年，在此之前从国外引进的大型机组，一般都购置了监测系统。

而在自行研制的国产设备上，若选用国外的监测系统，由于价格异常昂贵而难以接受。

80年代中后期以来，我国有关研究院所、高等院校和企业开始自行或合作研究旋转机械状态监测技术，无论在理论研究、测试技术和仪器研制方面，都取得了成果，并开发出相应的设备状态监测系统。

如：

西安交通大学、浙江大学、北京理工大学、北京机械工业学院等；

近十几年来，我国设备故障诊断技术迅速发展，以现代信息技术、振动诊断技术和智能专家系统为主的设备诊断新技术已日益广泛应用于旋转机械、往复机械、齿轮、轴承直至空间飞行器和核电站的安全检测和诊断中，正在改变我国传统的设备维修体制，逐步实现了从“定期维修”向更合理的“视情维修”、“状态维修”和“预知维修”转变，为现代工业降低生产成本提供了重要途径。

1.4本毕业设计论文的主要研究内容和内容安排。

　本课题着重针对风机机械，以揭示风机设备的机械动态特性为手段，研究了风机在线监测及预测的方法，以及相应的软件系统和硬件系统。

通过对风机设备运行和发展状态的在线检测，实现了对风机设备状态自动分析和判断，对风机械设备状态发展进行在线趋势预测，具体完成的主要内容如下：

（1）提出了风机机械设备状态在线监测及预测的总体方案和技术路线，选择合适的传感器、数据采集、现代信号处理、人工智能以及硬件、软件的有关技术。

状态监测研究主要考虑的是针对随机性故障，状态预测研究主要考虑的是针对趋势性故障、可预知故障。

（2）在故障分析和预报方法的研究上，考虑到传统的布尔逻辑识别、FTA方法（故障树分析法），因为识别能力差、判据不足，不能满足要求。

采用了波形-频谱系统分析、倒频谱分析、相关分析等技术。

（3）从特征信号中提取有关机组状态的信息；

选择的风机设备状态敏感因子（特征参数）具有较高灵敏度、较高识别能力，采取合适的敏感因子提取装置、提取方式及提取方法。

（4）提出了风机机械设备状态正常与否的准则，选择了安全评定的标准，确定了对机械设备整体状态及主要零部件状态分别评价的判据；

提供能对异常情况做出判断的方法。

（5）研究了风机设备状态在线分析及自动判别的技术，能根据历史档案、专家经验、客观依据，实现机械设备状态决策判断自动化；

研究的风机设备状态自动判别智能专家系统，可克服转速波动影响；

开发了振动频谱在线时域、频域报警新技术。

（6）研究了风机机械设备常见故障特征，建立了风机故障原因集以及故障推理机制。

（7）为对风机设备实行现代预知维护提供科学依据和手段，研究了趋势预测的方法。

除对风机设备整体进行趋势预测外，探讨了对风机设备各重要部件进行趋势预测的方法。

（8）阐述了智能故障诊断系统在风机故障的应用,研究出适于预测用途的新型神经网络模型。

（9）为进行风机机械状态在线监测及预测技术的实验研究，研制完成具有典型机械结构和现代测试分析功能的新型实验系统，该实验系统应能模拟典型旋转机械的运行状态，能再现故障发展过程和预测发展趋势。

（10）以风机机械设备为对象进行了工业现场的实践验证，并对验证结果进行了分析。

第二章风机（一般旋转机械）的常见故障机理研究,主要包括设备故障原因,表现征兆,故障诊断分析办法

风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体、给予气体能量的机械，它是冶金企业中不可少的机械设备，在我厂主要有送风机、引风机及降温用的轴流风机等，消耗电能约占我厂用电量的1．5％～3．0％。

在实际运行中，风机，特别是引风机由于运行条件较恶劣，故障率较高，据有关统计资料，引风机平均每年发生故障为2次，送风机平均每年发生故障为0．4次，从而导致机组非计划停运或减负荷运行。

因此，迅速判断风机运行中故障产生的原因，采取得力措施解决是冶金企业连续安全运行的保障。

虽然风机的故障类型繁多，原因也很复杂，但根据我厂调查实际运行中风机故障较多的是：

轴承振动过大、轴承过热、轴承磨损或损坏、流量不足或压力不足等。

2.1风机轴承振动过大

　　风机轴承振动是运行中常见的故障，风机的振动会引起轴承和叶片损坏、螺栓松动、机壳和风道损坏等故障，严重危及风机的安全运行。

风机轴承振动过大导致超标的原因较多，如能针对不同的现象分析原因采取恰当的处理办法，往往能起到事半功倍的效果。

2.1.1不停炉处理叶片非工作面积灰引起风机振动

　　这类缺陷常见我厂的高炉专用锅炉引风机，现象主要表现为风机在运行中振动突然上升。

这是因为当气体进入叶轮时，与旋转的叶片工作面存在一定的角度，根据流体力学原理，气体在叶片的非工作面一定有旋涡产生，于是气体中的灰粒由于旋涡作用会慢慢地沉积在非工作面上。

机翼型的叶片最易积灰。

当积灰达到一定的重量时由于叶轮旋转离心力的作用将一部分大块的积灰甩出叶轮。

由于各叶片上的积灰不可能完全均匀一致，聚集或可甩走的灰块时间不一定同步，结果因为叶片的积灰不均匀导致叶轮质量分布不平衡，从而使风机振动增大。

　　在这种情况下，通常只需把叶片上的积灰铲除，叶轮又将重新达到平衡，从而减少风机的振动。

在实际工作中，通常的处理方法是临时停炉后打开风机机壳的人孔门，检修人员进入机壳内清除叶轮上的积灰。

这样不仅环境恶劣，存在不安全因素，而且造成机组的非计划停运，检修时间长，劳动强度大。

经过研究，提出了一个经实际证明行之有效的处理方法。

如图1所示，在机壳喉舌处（A点，径向对着叶轮）加装一排喷嘴（4～5个），将喷嘴调成不同角度。

喷嘴与冲灰水泵相连，将冲灰水作为冲洗积灰的动力介质，降低负荷后停单侧风机，在停风机的瞬间迅速打开阀门，利用叶轮的惯性作用喷洗叶片上的非工作面，打开在机壳底部加装的阀门将冲灰水排走。

这样就实现了不停炉而处理风机振动的目的。

用冲灰水作清灰的介质，和用蒸汽和压缩空气相比，具有对喷嘴结构要求低、清灰范围大、效果好、对叶片磨损小等优点。

2.1.2不停炉处理叶片磨损引起的振动

　　磨损是风机中最常见的现象，风机在运行中振动缓慢上升，一般是由于叶片磨损，平衡破坏后造成的。

此时处理风机振动的问题一般是在停炉后做动平衡。

根据风机的特点，经过多次实践，总结了以下可在不停炉的情况下对风机进行动平衡试验工作。

（1）在机壳喉舌径向对着叶轮处（如图1）加装一个手孔门，因为此处离叶轮外圆边缘距离最近，只有200

mm多，人站在风机外面，用手可以进行内部操作。

风机正常运行的情况下手孔门关闭。

（2）振动发生后将风机停下（单侧停风机），将手孔门打开，在机壳外对叶轮进行试加重量。

　　（3）找完平衡后，计算应加的重量和位置，对叶轮进行焊接工作。

在实际工作中，用三点法找动平衡较为简单方便。

试加重量的计算公式为

P＜＝250×

A0×

G／D（3000／n）2（g）

　　为了尽快找到应加的重量和位置，应根据平时的数据多总结经验。

根据经验，Y4－73－11－22D的风机振动0．10mm时不平衡重量为2000

g；

M5－29－11－18D的排粉机振动0．10mm时不平衡重量120g；

轴流ASN2125／1250型引风机振动为0．10mm时不平衡重量只有80g左右。

为了达到不停炉处理叶片磨损引起的振动问题的目的，平时须加强对风门挡板的维护，减少风门挡板的漏风，在单侧风机停运时能防止热风从停运的送风机处漏出以维持良好的工作环境。

2.1.3空预器的腐蚀导致风机振动间断性超标

　　这种情况通常发生在燃油锅炉上。

燃油锅炉引风机前一般没有电除尘，烟、风道较短，空预器的波纹板和定位板由于低温腐蚀，波纹板腐蚀成小薄钢片，小薄钢片随烟气一起直接打击在风机叶片上，一方面造成风机的受迫振动，另一方面一些小薄钢片镶嵌在叶片上，由于叶片的动不平衡使风机振动。

这种现象是笔者在长期的实际生产中观察到的结果。

处理方法是及时更换腐蚀的波纹板，采用方法防止空预器的低温腐蚀，提高排烟温度和进风温度（一般应高于60℃以避开露点），波纹板也可使用耐腐蚀的考登钢或金属搪瓷。

2.1.4风道系统振动导致引风机的振动

　　烟、风道的振动通常会引起风机的受迫振动。

这是生产中容易出现而又容易忽视的情况。

风机出口扩散筒随负荷的增大，进、出风量增大，振动也会随之改变，而一般扩散筒的下部只有4个支点，如图2所示，另一边的接头石棉帆布是软接头，这样一来整个扩散筒的60％重量是悬吊受力。

从图中可以看出轴承座的振动直接与扩散筒有关，故负荷越大，轴承产生振动越大。

针对这种状况，在扩散筒出口端下面增加一个活支点（如图3），可升可降可移动。

当机组负荷变化时，只需微调该支点，即可消除振动。

经过现场实践效果非常显著。

该种情况在风道较短的情况下更容易出现。

2.1.5动、静部分相碰引起风机振动

在生产实际中引起动、静部分相碰的主要原因：

（1）叶轮和进风口（集流器）不在同一轴线上。

（2）运行时间长后进风口损坏、变形。

（3）叶轮松动使叶轮晃动度大。

（4）轴与轴承松动。

（5）轴承损坏。

（6）主轴弯曲。

　　根据不同情况采取不同的处理方法。

引起风机振动的原因很多，其它如连轴器中心偏差大、基础或机座刚性不够、原动机振动引起等等，有时是多方面的原因造成的结果。

实际工作中应认真总结经验，多积累数据，掌握设备的状态，摸清设备劣化的规律，出现问题就能有的放矢地采取相应措施解决。

2.2轴承过热

　　一般来说,风机轴承过热的原因有三类：

润滑不良、冷却不够、轴承异常。

离心式风机轴承置于风机外，若是由于轴承疲劳磨损出现脱皮、麻坑、间隙增大引起的温度升高，一般可以通过听轴承声音和测量振动等方法来判断，如是润滑不良、冷却不够的原因则是较容易判断的。

而轴流风机的轴承集中于轴承箱内，置于进气室的下方，当发生轴承温度高时，由于风机在运行，很难判断是轴承有问题还是润滑、冷却的问题。

实际工作中应先从以下几个方面解决问题。

2.2.1加油是否恰当

应当按照定期工作的要求给轴承箱加油。

轴承加油后有时也会出现温度高的情况，主要是加油过多。

这时现象为温度持续不断上升，到达某点后（一般在比正常运行温度高10℃～15℃左右）就会维持不变，然后会逐渐下降。

2.2.2冷却风机小，冷却风量不足

引风机处的烟温在120℃～140℃，轴承箱如果没有有效的冷却，轴承温度会升高。

比较简单同时又节约厂用电的解决方法是在轮毂侧轴承设置压缩空气冷却。

当温度低时可以不开启压缩空气冷却，温度高时开启压缩空气冷却。

确认不存在上述问题后再检查轴承箱。

2.3轴承磨损或损坏

我厂4#高炉热风助燃风机属离心通风机,其风机流量/压力调节是通过液力滑差器机构根据负荷改变风机的快慢实现的。

在风机的日常运行中，有时会出现流量调节困难或完全不能调节的现象。

出现这种现象通常是风机的液力滑差器调节反馈系统故障即液压比例阀动作不灵的原因。

因此此类风机的流量/压力的自动调节，滑差器的液压比例阀是关健因素,选用备件时最好要用配套的原厂家,因其在出厂的已经调节到最佳状态。

2.4流量不足或压力不足

2.4.1流量不足

因我厂有些风机工作在恶劣环境,如高炉炉前、高炉上料槽下等,在生产时常弥漫着大量粉尘,时间一久,且若维护跟不上,疏以检查或管理,则环境将造就一些管道、闸门和网罩被烟尘或杂物堵塞,那么流量显然下降;

另外一种情况则是设备检查不到位时，未及时发现出气管道破裂或法兰盘不严密,造成漏气,而流量也无法达到正常状态。

2.4.2压力不足

发生这种状况的一般是较重要的引风机,并配有自动启动系统的大风机,。

如旋转失速是气流冲角达到临界值附近时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分离从而产生大量区域的涡流造成风机风压下降的现象。

喘振是由于风机处在不稳定的工作区运行出现流量、风压大幅度波动的现象。

这两种不正常工况是不同的，但是它们又有一定的关系。

风机在喘振时一般会产生旋转气流，但旋转失速的发生只决定于叶轮本身结构性能、气流情况等因素，与风烟道系统的容量和形状无关，喘振则风机本身与风烟道都有关系。

旋转失速用失速探针来检测，喘振用U形管取样，两者都是压差信号驱动差压开关报警或跳机。

但在实际运行中有两种原因使差压开关容易出现误动作：

1）烟气中的灰尘堵塞失速探针的测量孔和U形管容易堵塞；

2）现场条件振动大。

该保护的可靠性较差。

由于风机发生旋转失速和喘振时，风压和风机振动都会发生较大的变化，在风机调试时通过动叶安装角度的改变使风机正常工作点远离风机的不稳定区，随着目前风机设计制造水平的提高，可以将风机跳闸保护中喘振保护取消，改为“发讯”，当出现旋转失速或喘振信号后运行人员通过调节动叶开度使风机脱离旋转脱流区或喘振区而保持风机连续稳定运行，从而减少风机的意外停运。

第三章设备状态总体监测系统总体方案设计,包括总体方案设计,传感器/信号调理仪/数据采集卡基本结构,工作原理/性能参数/安装要求,上位机（计算机基本配置和要求）,系统电路设计等。

3.1总体设计方案

3.1.1概述

拟设计1套OG风机在线监测与故障诊断系统,本系统由一台监控计算机（IPC）和若干信号调理仪模块组成.采用CM4016B信号调理仪,它负责将转速、振动和轴向位移等信号转换成标准信号给监控计算机,监控计算机负责显示机组的运行参数、数据存储、数据查询、信号分析以及故障诊断,并与公司设备网连接。

3.1.2硬件原理

本系统信号共包括三类：

振动信号、键相信号、轴位移信号。

它们由CM4016B信号调理仪进行信号抗混滤波、放大、转换成标准信号，然后通过临近计算机进行信号采集、存储、分析和诊断，并通过Web实现机组远程临近。

系统结构图如图1：

图1监测系统总体结构图

3.2传感器的基本结构,工作原理,性能参数

3.2.1ZHJ-2振动速度传感器

3.2.1.1基本结构及工作原理

ZHJ-2振动速度传感器是利用磁电感应原理把振动信号转换成电信号。

它主要由磁路系统、线圈组件、弹簧阻尼等部分组成。

在传感器壳体中刚性地固定有两个线圈组件，磁钢用弹簧悬挂于壳体。

当传感器在工作频率范围内工作时，线圈与磁钢产生相对运动，线圈切割磁力线，产生感应电动势（感应电压），该电压正比于机壳的振动速度。

3.2.1.2性能参数

（1）灵敏度：

30mV/mm/s

（2）加速度：

8g

（3）测量范围：

2mm

（4）频率响应：

10～300Hz

（5）环境温度：

-10～100℃（相对湿度：

≤90%）

-10～160℃（ZHJ-2W[W表示高温型传感器]）

（6）测量方法：

垂直、水平

（7）重量：

250g

（8）固定螺孔：

M10×

1．5×

10（深）

（9）外形尺寸：

φ35×

60mm

3.2.2CZF型轴位移传感器

3.2.2.1工作原理

非接触式电涡流位移传感器，是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”而成，是对金属物体的位移、振动、转速等机械量进行检测和控制的理想传感器。

它具有非接触测量、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强、无介质影响、稳定可靠、易于处理等明显优点，广泛用于冶金、化工、航天等行业中，也可用于科研和学校实验中的位移、振动、转速、长度、厚度、表面不平度等机械量的检测。

3.2.2.2技术参数

（1）量程：

±

250µ

.m-----±

20mm

（2）线性误差：

0.5％～3.5%

（3）分辨率：

0.05％（静态）0.1％（动态）。

0～10KHz

（0~2KHz,≤0.5%,2～10KHz≤1%）

（5）工作温度：

―20℃～100℃（常温）

―40℃～160℃（高温）

（6）温度漂移：

0.08％/℃（F.S）

（7） 

探头外径：

Ф11（mm）

（8）安装部分尺寸：

M10×

1×

50.（量程≤2mm）

3.2.2.3位移传感器的连接和标定

（1）传感器与前置变换器的连接

①、通过高频电缆连接，标准长度为3米。

②、最大可加长至9米，需订货时说明。

（2）传感器与前置变换器的标定

①、环境：

室温20±

5℃

②、材料：

45﹟钢（用户可指定被测材料）

③、设备：

静态标定器0-25mm±

0.005

（用户可选配本公司的静态标定器自行标定。

）

④、静态标定器：

静态标定器是由高精度的千分尺和专用的支架定制而成，用于传感器的静态标定和校准，以求得传感器的输入――输出特性曲线，同时用来求得理想安装距离和标定变换器标准输出。

可通过调节螺母来调节传感器与被测体的相对距离，用千分尺进行位移的静态标定或校准。

⑤、标定方法

将传感器置于静态标定器的夹头上，把试件安置在试件支架上，试件必须根据实际被测体的材料和形状来选择，把前置变换器的四芯接头与电源和数字万用表正确连接，打开电源，使前置变换器正常工作。

改变静态标定器的调节螺母使传感器与试件稍稍接触，调节“满度”电位器到较小的位置，再根据每只传感器的输出特性表中所提供的线性范围段的下限点，调整

千分尺，改变传感器与试件的距离，然后，调整“零位”电位器，使变换器的下限点输出读数为“0V”，（如是±

5V输出，则调为―5V）再改变千分尺，到线性段的上限点调整“满度”电位器，使变换器的上限点输出读数为“5V”。

改变千分尺到线性段的中点，查看输出读数是否是“2.5V”（或者是0V）。

如果正好，则表明传感器基本校正了。

如发现中点的电压读数大于“2.5V”（或者小于“2.5V”）,而对于±

5V输出则要看是否大于0V（或者小于0V）,则将下限点的位置向试件靠近些（或者离远些）。

然后重复上述方法，继续校正。

直至下限点δ1，中点δ0和上限点δ2这三点对应的输出读数成直线状，符合精度为止。

一旦校正以后,它的“零位”和“满度”电位器就不宜再动了，以保证精确测量。

“零位”与“满度”电位器是须反复调整几次，才能达到最佳状态。

3.2.3BZF型前置变换器

3.2.3.1前置变换器的型号

BZF―Ⅱ型

3.2.3.2性能参数

（1）信号输出：

0～~±

2V,0～~±

5V,0～10V.（BZF―Ⅱ）

（2）供电电源：

24V（用户也可选配ZY-A型厂家专用电源）

（3）接线：

四芯航空插头。

①负电源,②正电源，③信号输出，④公共地（4―20mA输出②脚为空脚）

（4）工作温度：

0℃～65℃

（5）有容错装置，不会因电源接错而烧毁。

3.2.4SZC/SZB型转速传感器变换器

3.2.4.1转速转速传感器工作原理

原理同位移传感器。

3.2.4.2性能参数

（1）输出信号：

a:

矩形波：

Vpp≥4V

b：

直流电压：