脫硫漿液泵機組綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

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(jìn)行精確故障診斷，及時對相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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。現(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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而后對采集的數(shù)據(jù)先后進(jìn)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(jìn)行分析以達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)而被檢測到，無法在軸承故障初期對其進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行更換，對齒輪箱油潤滑系統(tǒng)進(jìn)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(hù)和管理具有指導(dǎo)意義。

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