智能化通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測裝置研制

裘科名　楊藝偉　莊益孌　徐洪?！埈Z

【摘 要】智能化通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測裝置主要是通過預(yù)先設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)基礎(chǔ)平臺，確保通風(fēng)機(jī)檢測時(shí)的剛性支承，然后通過振動(dòng)檢測系統(tǒng)對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)和轉(zhuǎn)速的精確檢測，最終反映被測通風(fēng)機(jī)的性能，對提高通風(fēng)機(jī)的性能和安全提供指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)機(jī)；振動(dòng)；檢測裝置；智能化

0 前言

風(fēng)機(jī)是我國對氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡稱，主要應(yīng)用于冶金、石化、電力、城市軌道交通、紡織、船舶等國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域以及各種場所的通風(fēng)換氣。除傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域外，在煤矸石綜合利用、新型干法熟料技改、冶金工業(yè)的節(jié)能及資源綜合利用等20多個(gè)潛在的市場領(lǐng)域仍將有較大的發(fā)展前景。

振動(dòng)既是風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)之一，也是影響風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，因?yàn)檎駝?dòng)可以直接反映出風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀況，同時(shí)可以從振動(dòng)參數(shù)判斷出葉輪的平衡性能、軸承的磨損狀況、整機(jī)的裝配工藝，據(jù)統(tǒng)計(jì)振動(dòng)故障占風(fēng)機(jī)故障的60%以上。目前振動(dòng)檢測的標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8689-2014《通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測及其限值》，標(biāo)準(zhǔn)中介紹了風(fēng)機(jī)的安裝方式有剛性支承和撓性支撐兩種，同時(shí)對振動(dòng)的檢測方法進(jìn)行了定義，但沒有對檢測裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。目前大多數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)室是將風(fēng)機(jī)直接安裝在風(fēng)管或風(fēng)室平臺上檢測氣動(dòng)性能的同時(shí)，在相對剛性支承的條件下測得振動(dòng)，并沒有達(dá)到真正意義上的風(fēng)機(jī)的剛性支承。因此針對實(shí)際檢測需要，設(shè)計(jì)智能化通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測裝置有著實(shí)際需求，一方面可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)安裝的剛性支承，另一方面可以對風(fēng)機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，從而可以診斷出潛在的不利因素，優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

1 研制過程

智能化通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測裝置包括振動(dòng)基礎(chǔ)平臺設(shè)計(jì)和研究、振動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究兩部分。振動(dòng)檢測系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)傳輸模式，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)檢測，兼顧轉(zhuǎn)速的檢測，同時(shí)具備振動(dòng)源典型故障的診斷和分析。

振動(dòng)基礎(chǔ)平臺部分包括基礎(chǔ)平臺設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌以及方向墊設(shè)計(jì)及裝配。通風(fēng)機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對基礎(chǔ)產(chǎn)生拉壓作用，此外基礎(chǔ)還需提供一定的阻尼保證振動(dòng)在許可范圍內(nèi)，因而在設(shè)計(jì)過程中采用鋼筋混泥土平臺。

振動(dòng)檢測系統(tǒng)硬件部分包括振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)與轉(zhuǎn)速信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集器、工控機(jī)等。振動(dòng)信號通過加速度傳感器獲得，通過信號調(diào)理模塊將振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號；數(shù)據(jù)采集卡將采集到的信號轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號；在LabVIEW平臺下，運(yùn)行編制的振動(dòng)檢測軟件，通過相關(guān)的算法和程序?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)檢測所要求的參數(shù)。硬件僅對信號進(jìn)行處理，大部分的功能模塊都由軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件部分包括檢測模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、振動(dòng)頻譜分析模塊和故障診斷模塊。檢測模塊能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各測點(diǎn)振動(dòng)有效值測量，記錄數(shù)據(jù)和生成報(bào)表。數(shù)據(jù)庫模塊能對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，能查詢歷史數(shù)據(jù)。振動(dòng)頻譜分析模塊提供各關(guān)鍵測點(diǎn)的振動(dòng)頻譜報(bào)告，具備打印保存功能。故障診斷模塊能診斷風(fēng)機(jī)不對中、不平衡、基礎(chǔ)松動(dòng)與轉(zhuǎn)子碰磨等典型性故障。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 硬件加工方面

通風(fēng)機(jī)在使用中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，會(huì)對基礎(chǔ)造成拉壓作用，同時(shí)基礎(chǔ)的另外一個(gè)作用是需要提供一定的阻尼，保證振動(dòng)在許可的范圍內(nèi)，基于上述原因，基礎(chǔ)需要有一定的彈塑性，因此采用預(yù)埋式鋼筋混凝土基礎(chǔ)平臺。

振動(dòng)基礎(chǔ)平臺的三維圖形如下圖1所示：基礎(chǔ)平臺大小為8000mm×4000mm水泥基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)埋地下；預(yù)埋式導(dǎo)軌規(guī)格為高10mm，長2000mm，導(dǎo)軌間隔600mm左右，共26根；確保安裝精度與操作方便，配置8個(gè)1000mm×700mm×500mm方箱墊。

振動(dòng)基礎(chǔ)平臺的設(shè)計(jì)和建造，使得通風(fēng)機(jī)振動(dòng)的檢測在真正意義上的實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的剛性支承，振動(dòng)檢測數(shù)據(jù)更加精確，便于企業(yè)更準(zhǔn)確的了解產(chǎn)品的性能，進(jìn)一步優(yōu)化和升級，提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品安全運(yùn)行。

2.2 振動(dòng)檢測系統(tǒng)

振動(dòng)檢測系統(tǒng)整體框架如下圖2所示，包括傳感器、工控機(jī)、信號調(diào)理與采集器和顯示器。傳感器又分為振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。

本系統(tǒng)采用的信號調(diào)理與采集器是基于以太網(wǎng)總線的，是多功能、高精度數(shù)據(jù)采集設(shè)備，帶有模擬輸入、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、計(jì)數(shù)、測頻和離線采集等功能。分16路模擬差分輸入，其中12路用于振動(dòng)信號輸入，1路用于轉(zhuǎn)速信號輸入，剩余的3路空余為系統(tǒng)擴(kuò)展需要作準(zhǔn)備，不需要時(shí)只需要將空余部分正負(fù)端短接，保證其安全。利用編程技術(shù)，數(shù)字（IO）輸出就可以控制通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉。板卡采樣的分辨率為16為，采用電量程為-5V～5V，利用定時(shí)啟動(dòng)設(shè)置采用頻率為2KHz，這樣就可以精確的控制采用頻率，確保數(shù)據(jù)采集有效性。采用并行編程技術(shù)，板卡連續(xù)采樣，每2000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（即1s）刷新一次，運(yùn)算數(shù)據(jù)快。

2.3 軟件開發(fā)部分

軟件是采用LabVIEW平臺開發(fā)的，將控制、采集、計(jì)算、分析等所有功能集成于簡單明了的單個(gè)測試界面。軟件在運(yùn)行時(shí)能根據(jù)測試狀態(tài)實(shí)時(shí)提供樣機(jī)的整個(gè)振動(dòng)性能曲線圖，包括轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并具有自動(dòng)記錄儲(chǔ)存檢測過程中的各參數(shù)的功能，振動(dòng)分時(shí)域和頻域兩塊，可以同時(shí)顯示同時(shí)軟件具有對振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析，可以根據(jù)頻譜分析圖形作出常規(guī)性的振動(dòng)源典型故障的診斷。

3 結(jié)束語

智能化通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測裝置的研制保證了通風(fēng)機(jī)在剛性支承條件下的振動(dòng)檢測，使得檢測數(shù)據(jù)更加精確。同時(shí)該套裝置具有振動(dòng)源典型故障的診斷分析功能，便于及時(shí)找出問題，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。該套試驗(yàn)裝置主要用于產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，因此這個(gè)設(shè)備的研制對提高檢驗(yàn)的精準(zhǔn)性和檢測效率大有提升，項(xiàng)目的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益明顯。

【參考文獻(xiàn)】

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