機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張守權(quán)

黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150025

機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張守權(quán)

黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150025

隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，機(jī)械化程度也原來(lái)越高。在機(jī)械運(yùn)行的過(guò)程中，軸承振動(dòng)發(fā)揮著重要作用，其振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)也逐漸成為研究人員非常重視的問(wèn)題。本研究將重點(diǎn)介紹發(fā)電機(jī)組的機(jī)械軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并提出一些故障診斷方法。

機(jī)械軸承；振動(dòng)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)

前言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)人們的日常生活發(fā)揮著重要作用，隨著社會(huì)的用電需求量越來(lái)越高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的地位也日益顯著。因此人們對(duì)其振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)也逐漸重視起來(lái)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)與其他機(jī)械相比，在結(jié)構(gòu)上有著很大不同，其振動(dòng)狀態(tài)的正常與否，直接影響到發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行。因此，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)重視起來(lái)。

1.發(fā)電機(jī)組機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的意義

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越高，隨之而來(lái)的就是一系列的能源問(wèn)題。為了節(jié)約能源，當(dāng)今人們已經(jīng)研究出了許多新型發(fā)電模式，例如水力發(fā)電、火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電，這些發(fā)電廠也已經(jīng)在世界的各個(gè)角落被建立起來(lái)，給人們的生活提供了很大便利。下面將重點(diǎn)介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)環(huán)境的要求比較高，因此很多都建立在偏遠(yuǎn)、人少的地方，這樣才能更好的運(yùn)用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。但是，這些惡劣的環(huán)境就不可避免的導(dǎo)致人們對(duì)發(fā)電機(jī)組機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)不能及時(shí)有效，在發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)也不能及時(shí)趕到。而且，現(xiàn)在的情況很多都是在設(shè)備發(fā)生故障之后才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后相關(guān)人員才開(kāi)始進(jìn)行整修，就會(huì)導(dǎo)致電路中斷。這些固有因素都導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與火力水力發(fā)電機(jī)組相比，不具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性。長(zhǎng)此以往，不能滿足風(fēng)能的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要性毋庸置疑，因?yàn)閷?duì)于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)，電纜輸入存在很大問(wèn)題，只能依靠偏遠(yuǎn)地區(qū)的有利地形和風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集合了信號(hào)采集、在線監(jiān)測(cè)以及信號(hào)分析于一體的多功能在線監(jiān)測(cè)診斷分析系統(tǒng)，在線監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常并報(bào)警，可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析處理。因此，進(jìn)行發(fā)電機(jī)組機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)具有重要意義。

首先具有經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)在很多行業(yè)都存在一種現(xiàn)象，就是在問(wèn)題發(fā)生之后才進(jìn)行解決，沒(méi)有很好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要很高的運(yùn)營(yíng)成本，就以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，風(fēng)電機(jī)組惡性事故的發(fā)生，導(dǎo)致無(wú)法彌補(bǔ)的損失。這些設(shè)備通常都是很復(fù)雜的設(shè)備，而且由于地勢(shì)偏遠(yuǎn)，需要特殊的設(shè)備才能把它們送到修理廠，這就有很高的運(yùn)輸和修理成本。而且，電力中斷會(huì)導(dǎo)致一些企業(yè)和工廠不能進(jìn)行正常的生產(chǎn)活動(dòng)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也是無(wú)法估計(jì)的。而且，現(xiàn)在很多設(shè)備都已成功應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)分析、故障預(yù)警與診斷等功能，這些都為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)提供了很好的技術(shù)支持。

2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)的振動(dòng)故障和分析方法

2.1 常見(jiàn)的振動(dòng)故障

最常見(jiàn)的是振動(dòng)故障是葉片的振動(dòng)發(fā)生問(wèn)題，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理就是運(yùn)用風(fēng)能的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)電力的產(chǎn)生，很多時(shí)候風(fēng)力的振動(dòng)都具有不穩(wěn)定性，這就導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的葉片發(fā)生故障。振動(dòng)總是會(huì)產(chǎn)生一定的振幅，在一定的振幅范圍內(nèi)通常不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響，但是當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起塔臺(tái)的共振，引起塔臺(tái)的震動(dòng)，很多情況下都會(huì)影響電力設(shè)備的正常供應(yīng)。而且，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組附近的居民來(lái)說(shuō)，也會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀決定了這些現(xiàn)象都是不可避免的，因此，相關(guān)人員一定要加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，只有這樣，才能及時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，在發(fā)生一些故障時(shí)及時(shí)檢測(cè)出來(lái)，只有及時(shí)解決了一些小問(wèn)題，才能避免更大故障的發(fā)生。如果等到設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)才發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)的損失是無(wú)法估量的。

2.2 設(shè)備振動(dòng)的分析方法

振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析是研究故障信息的最基本的方法，可提取大部分故障特征。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的波譜，因此通過(guò)對(duì)這些波的幅度進(jìn)行研究，可以知道風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱與軸承的運(yùn)行頻譜，進(jìn)而得出這些設(shè)備的振動(dòng)情況，這就是所謂的波譜分析法[1]。有時(shí)候一些故障沒(méi)有明確的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，有經(jīng)驗(yàn)的專家就會(huì)運(yùn)用模糊診斷方法，也就是根據(jù)其他的一些征兆判斷設(shè)備振動(dòng)的狀態(tài)。例如在一些波譜分析時(shí)，不能得出具體的波動(dòng)頻率，但是很多情況下振動(dòng)失常會(huì)帶來(lái)設(shè)備溫度的升高，因此需要引入其他征兆進(jìn)行判別，如溫度、電流等參數(shù)變化情況及振動(dòng)信號(hào)的各種趨勢(shì)分析等，尤其是同頻故障的診斷更需借助于它與各種相關(guān)量的關(guān)系才能做出正確診斷。除此之外，有時(shí)候不能直接的出數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。需要把這些振動(dòng)幅度的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，然后運(yùn)用一定的統(tǒng)計(jì)方法，如概率分布、離散分布分析方法。將得出來(lái)的數(shù)據(jù)放在一起，就可以橫向進(jìn)行比較，可以看出來(lái)各個(gè)設(shè)備振動(dòng)幅度之間的明顯不同，這樣得出來(lái)的結(jié)論也更加具有針對(duì)性，可以同時(shí)得出所有設(shè)備的運(yùn)行情況。為了提高統(tǒng)計(jì)分析的準(zhǔn)確性，可以在條件允許的情況下運(yùn)用一些科學(xué)方法，例如科學(xué)計(jì)算機(jī)等，方便又精確。

3.機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)

3.1 智能在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

現(xiàn)在智能在線振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)受到了越來(lái)越多的人的追捧。原理是利用當(dāng)代最先進(jìn)的機(jī)械、微電子和自動(dòng)化技術(shù)，巧妙地實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、異常保護(hù)和故障診斷功能[2]。這種設(shè)備是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特殊運(yùn)行狀態(tài)提出來(lái)的，如果該系統(tǒng)運(yùn)行正常，可以有效解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地處偏遠(yuǎn)、監(jiān)測(cè)不便的問(wèn)題。發(fā)電機(jī)組在發(fā)生故障時(shí)停運(yùn)和在需要停止的時(shí)候卻繼續(xù)運(yùn)行，都會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。該設(shè)備的目的就是將這些損失降低到最小，在故障發(fā)生前及時(shí)進(jìn)行診斷，這樣就可以保護(hù)周邊人們的生活和生產(chǎn)安全，同時(shí)符合了社會(huì)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，可以最大程度的提高社會(huì)效益。

3.2 智能在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組承受著重要的任務(wù)，它需要監(jiān)測(cè)的成分有很多，例如風(fēng)的方向和風(fēng)力大小，設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，各個(gè)機(jī)械軸承的振動(dòng)頻率。它包括很多版塊，例如數(shù)據(jù)采集板塊、智能報(bào)警板塊、自動(dòng)輸入板塊、橫向比較板塊。通過(guò)計(jì)算機(jī)的智能分析，就可以把需要的數(shù)據(jù)直接統(tǒng)計(jì)出來(lái)，方便相關(guān)工作人員進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)，并針對(duì)一些具體情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 智能在線故障診斷系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)

故障診斷系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)診斷，它可以自動(dòng)分析一些檢測(cè)系統(tǒng)得出來(lái)的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在無(wú)人看守的時(shí)候，工作人員只需要對(duì)它輸入一些相關(guān)程序，系統(tǒng)就可以自動(dòng)解決一些簡(jiǎn)單的故障問(wèn)題，這樣就可以使診斷更加具有實(shí)效性和及時(shí)性，避免更大的損失發(fā)生。但是該智能系統(tǒng)對(duì)技術(shù)含量的要求很高，這種診斷系統(tǒng)目前處于試運(yùn)行階段，還有很長(zhǎng)的路要走，相關(guān)研究人員要繼續(xù)努力，使這項(xiàng)造福于人民的智能系統(tǒng)完善和發(fā)展起來(lái)。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的分析可以看出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械軸承振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)具有重要意義，因此國(guó)家應(yīng)該大力鼓勵(lì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善性和技術(shù)性，只有這樣，才能維護(hù)風(fēng)力發(fā)電的正常運(yùn)行，才能更好地造福于人類。

[1]王瑞闖,林富洪.風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)研究[J].華東電力,2009.

[2]龔敏明,王占國(guó),郭宏榆.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)控與分析系統(tǒng)的研究[J].生產(chǎn)一線,2009.

張守權(quán)，男（1974年3月-），黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心，工程師，從事機(jī)械工程研究。