包文運　馮永超　王乃華　吳志宏

摘 要：研制開發(fā)了脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠及時對脫硫漿液泵機組過流部件中的損傷部件進行精確故障診斷，及時對相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)進行有效評估，并為設(shè)備的檢修工作提供科學(xué)且合理的建議。系統(tǒng)同時還能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進行科學(xué)地管理，有效減少了非計劃停機時間，使脫硫漿液泵機組的綜合運行效率得到顯著地提升。

關(guān)鍵詞：振動;脫硫漿液泵機組;綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng);非計劃停機

1 引言

脫硫漿液泵機組工況與一般水泵機組比較為復(fù)雜，其工作介質(zhì)具有腐蝕性強、磨蝕性強、比重大等特點。若漿液泵機組長時間在上述工況條件下工作，則過流部件容易因被腐蝕而導(dǎo)致變形，使?jié){液泵機組運行效率明顯降低。同時，傳動組件受變形及負(fù)載沖擊而產(chǎn)生的附加結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響，導(dǎo)致機組存在各種故障隱患。由襄陽五二五泵業(yè)有限公司所研發(fā)的脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在漿液泵機組各部件（軸、軸承、齒輪、葉輪等）正常運行過程中，實時檢測各部件關(guān)鍵性能參數(shù)，通過對其進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)故障的識別和趨勢預(yù)測，從而制定相應(yīng)的維修和維護計劃，并執(zhí)行維修任務(wù)，有效避免了因故障部件運行而帶來的機組運行效率低下、關(guān)聯(lián)零部件損傷等問題。

2 系統(tǒng)框架

襄陽五二五泵業(yè)有限公司脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由一個中心服務(wù)器（IMO Server）、若干個現(xiàn)場監(jiān)測站（IMO1000）組成。中心服務(wù)器安裝在脫硫企業(yè)局域網(wǎng)上的任一地方，在線收集、存儲、管理現(xiàn)場監(jiān)測站采集的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)對脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置與管理，并對數(shù)據(jù)實時傳送給五二五泵業(yè)遠(yuǎn)程中心服務(wù)器?，F(xiàn)場監(jiān)測站安裝在控制室或操作間，用于脫硫漿液泵機組的監(jiān)測，負(fù)責(zé)對各種振動及工藝信號進行調(diào)理、采集、圖譜分析，對啟停機、變工況數(shù)據(jù)的臨時存儲，并實時向中心服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)。脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件為系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程圖譜瀏覽、遠(yuǎn)程專家會診、診斷案例知識庫、早期故障預(yù)警等額外增值功能。脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)整體框架如圖1所示：

2 系統(tǒng)功能

2.1 振動分析原理

振動分析原理利用的是不同部件的振動頻率作為識別的特征，通過對振動特征頻率和設(shè)備故障建立起數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)對設(shè)備故障特征的識別和診斷。

2.2 振動分析流程

圖2為振動分析數(shù)據(jù)處理流程，通過對選擇后的測點進行數(shù)據(jù)采集，而后對采集的數(shù)據(jù)先后進行時域處理和頻域處理，具體的包括速度頻譜分析和包絡(luò)頻譜分析，并對獲得詳細(xì)的故障診斷報告進行分析以達到及時診斷故障的目的。

2.3 測點布置及安裝

為使振動分析結(jié)果精準(zhǔn)可靠，測點的定位選址必須遵循如下兩點原則：一、須選在能夠真實反映振動情況的部位;二、盡量靠近軸承承載區(qū)。脫硫漿液泵機組機械傳動部分主要由泵軸、齒輪箱、電動機組成。在各部位軸承位置或各傳動連接端（高速端）安放振動加速度傳感器采集它們的加速度信號，同時在漿液泵機組各接口處安放壓力、流量、電流、溫度等信號采集裝置。

2.4 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集需要考慮采集的數(shù)據(jù)的尺寸，在實際中，應(yīng)以采集最小的數(shù)據(jù)量為原則設(shè)置好合適的采樣頻率。并采用數(shù)字信號包絡(luò)解調(diào)、復(fù)雜工況多條件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理、抗干擾、鍵相的有鍵與無鍵采集等技術(shù)對各部件的振動數(shù)據(jù)進行實時采集。鑒于數(shù)據(jù)的采集周期存在差異，特將所采集數(shù)據(jù)分為兩類：一類是實時數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以在時間維度上盡可能地反映部件的振動信息，反映信息的多寡取決于采樣頻率的設(shè)定;而另一類是波形數(shù)據(jù)，它是指將某段時間內(nèi)的振動數(shù)據(jù)存儲而形成的數(shù)據(jù)。如圖3所示為在華電襄陽發(fā)電有限公司5#機組吸收塔漿液循環(huán)泵E上信號圖。

2.5 數(shù)據(jù)存儲與上傳

信號數(shù)據(jù)采集至現(xiàn)場監(jiān)測站，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測站調(diào)理、分析后通過光纖傳輸至脫硫企業(yè)中心服務(wù)器，最后通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至五二五泵業(yè)遠(yuǎn)程中心服務(wù)器。系統(tǒng)采用基于工況與事件的數(shù)據(jù)存儲策略：對于機組日常（穩(wěn)態(tài)）情況下，系統(tǒng)采用基于時間的數(shù)據(jù)存儲方式;振動、工藝量等變工況下，系統(tǒng)采用智能監(jiān)測時間的數(shù)據(jù)存儲方式。該策略大大醬燒了存儲量，保證沒有多余的與診斷無關(guān)的信息存儲，從根據(jù)上解決了數(shù)據(jù)完整性與數(shù)據(jù)有效性之間的矛盾。數(shù)據(jù)上傳采用了10到20倍的高保真數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，使一臺機組上傳數(shù)據(jù)量只有幾K/秒，確保流量數(shù)據(jù)的刷新速度。

2.6 時域分析

中央服務(wù)器對所上傳現(xiàn)場數(shù)據(jù)首先執(zhí)行時域處理，即根據(jù)預(yù)先定義好的性能指標(biāo)對數(shù)據(jù)進行聚類統(tǒng)計。五二五泵業(yè)在其水泵測試中心采用在線振動監(jiān)測系統(tǒng)對6個系列147種泵型近700臺次脫硫漿液泵機組振動數(shù)據(jù)進行采集分析，一方面，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定各機組的振動閾值，另一方面，基于所采集數(shù)據(jù)實時動態(tài)調(diào)整振動閾值，有針對性地對不同型號機組設(shè)置不同的范圍，從而實現(xiàn)根據(jù)范圍對數(shù)據(jù)進行分組識別。通?？梢苑譃檎：凸收蟽煞N狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上還可以往下細(xì)分，例如故障狀態(tài)還可以分為一般故障或嚴(yán)重故障。

2.7 頻域分析

2.7.1 傳統(tǒng)頻譜分析法

傳統(tǒng)頻譜分析法局限于針對設(shè)備運行過程中所產(chǎn)生的不平衡、不對中、機械松動、動靜碰磨和共振等機械故障而導(dǎo)致的低頻振動問題（0～300Hz），當(dāng)且僅當(dāng)軸承出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞時才表現(xiàn)為低頻振動問題，進而被檢測到，無法在軸承故障初期對其進行故障預(yù)警。如圖4所示為所采集時域數(shù)據(jù)經(jīng)過傳統(tǒng)頻譜處理方法得到的頻譜圖。

2.7.2 包絡(luò)譜法

周期性沖擊振動所產(chǎn)生的帶寬較寬的沖擊信號，往往是由于設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p傷類故障而導(dǎo)致的。該信號實質(zhì)上是由多個信號疊加產(chǎn)生，除包括故障信號外，也有可能夾雜了其它部件的振動信號。因此，為實現(xiàn)對齒輪、軸承等零部件的早期缺陷與潤滑問題進行及時檢測與預(yù)警，須將包絡(luò)檢測技術(shù)融入傳統(tǒng)的頻譜分析技術(shù)。即利用包絡(luò)檢測技術(shù)中對高頻段信號中瞬態(tài)畸變小信號能量進行加強，從而實現(xiàn)故障的檢測。圖5展示了使用上述技術(shù)處理得到的頻譜圖。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

華電襄陽發(fā)電有限公司5#機組吸收塔漿液循環(huán)泵E運行時泵驅(qū)動端存在異常的振動和噪聲，減速機高速端軸承位溫度高，對漿液循環(huán)泵E進行解體檢查，泵軸承內(nèi)外圈軌面無明顯缺陷，重新更換葉輪轉(zhuǎn)子后故障現(xiàn)象無明顯改觀。為了對故障源進行定位，2016年4月華電襄陽發(fā)電有限公司為5#吸收塔漿液循環(huán)泵安裝了襄陽五二五泵業(yè)有限公司脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

漿液循環(huán)泵驅(qū)動端配對軸承型號分別為SKF29340E、NJ238ECJ。對軸承振動監(jiān)測對漿液循環(huán)泵機組葉輪、軸、軸承、齒輪箱、電機等零件故障進行監(jiān)測，不同零部件所對應(yīng)的振動特性頻率在包絡(luò)頻譜中均有體現(xiàn)?；诰€性系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)漿液循環(huán)泵振動稍高，泵連接端振動超過6mm/s，且有增大趨勢，頻譜表現(xiàn)為隨機寬帶信號，有明顯的汽蝕現(xiàn)象，從加速度包絡(luò)可以看到，泵軸承內(nèi)圈存在缺陷頻率。齒輪箱高速端振動在5mm/s左右，頻譜能量主要表現(xiàn)為1X嚙合頻率，說明齒輪箱負(fù)載過重，軸承齒輪無明顯缺陷。根據(jù)上述診斷結(jié)論對泵驅(qū)動端軸承進行更換，對齒輪箱油潤滑系統(tǒng)進行了檢修改造，同時適當(dāng)調(diào)整了吸收塔石灰石漿液參數(shù)及液位，再次運行后，泵驅(qū)動端存在異常的振動和噪聲消除，減速機高速端軸承位溫度恢復(fù)到正常水平。

4 結(jié)論

綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基于振動分析的原理，替代人工點巡檢，實現(xiàn)設(shè)備早期預(yù)警和保健，及時發(fā)現(xiàn)并解除設(shè)備問題，有效避免設(shè)備重大故障與運行風(fēng)險，降低檢修費用，真正實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修與優(yōu)化維修，提升設(shè)備管理與信息化水平，對現(xiàn)場脫硫漿液泵機組的維護和管理具有指導(dǎo)意義。

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