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臥螺離心機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障自愈系統(tǒng)研究

 

     臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械,由于具有連續(xù)操作、處理量大等特點(diǎn),實(shí)際使用時(shí),條件苛刻,其運(yùn)行可靠性不盡人意,表現(xiàn)出故障頻繁、使用周期短。對(duì)于大型化工生產(chǎn),停車造成的損失是十分巨大的。目前,多數(shù)石化企業(yè)仍沿用事后維修和定期維修制度,不但減少了生產(chǎn)時(shí)間、增加了檢修費(fèi)用,而且容易在開停機(jī)過程中發(fā)生新的故障乃至事故[1 3]。


    在過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)中引入以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的自主調(diào)控機(jī)制,打破傳統(tǒng)的“專業(yè)壁壘”,通過裝備運(yùn)行中主動(dòng)調(diào)控消除產(chǎn)生故障的初始原因,將故障消除在萌芽之中,可以提高裝備的可靠性,確保其安全長期運(yùn)行。因此,研究和開發(fā)集實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障自愈為一體的自愈調(diào)控系統(tǒng)并將其實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用,無論是對(duì)理論研究,還是生產(chǎn)實(shí)際,都有極其重要的意義[4 5]。

   1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障自愈和數(shù)據(jù)采集三個(gè)子系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用Ｓｅｒｖｅｒ/Ｃｌｉｅｎｔ兩級(jí)結(jié)構(gòu),服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作,客戶端運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障自愈子系統(tǒng)。

    實(shí)時(shí)監(jiān)測部分是對(duì)臥螺離心機(jī)的部分工藝參數(shù)和工況參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、分析。通過振動(dòng)頻譜分析、任意時(shí)間段趨勢分析等手段,為保證臥螺離心機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行,及時(shí)發(fā)現(xiàn)離心機(jī)可能出現(xiàn)的故障提供了保障[1,3,6]。故障自愈子系統(tǒng)是對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析,來判斷是否可能發(fā)生故障,并采取相應(yīng)的措施消除潛在故障。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,整體結(jié)構(gòu)圖和測點(diǎn)布局圖如圖1和圖2所示。

             

  2　實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   實(shí)時(shí)監(jiān)測子系統(tǒng)主要是對(duì)離心機(jī)進(jìn)料端和出料端軸承振動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測,對(duì)離心機(jī)的進(jìn)料端和出料端軸承溫度、扭矩和電流進(jìn)行在線監(jiān)測,以確保機(jī)組在最佳工作狀態(tài)運(yùn)行。將其安裝在局域網(wǎng)范圍內(nèi)任意主機(jī)上,就使其成為分析站,安裝在數(shù)采工作站上則使其可以獨(dú)立完成全站單機(jī)監(jiān)測工作。該軟件前面板采用形象的按鈕進(jìn)行功能選擇,真正做到操作簡單靈活、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。主要包括以下幾個(gè)方面。

    1)在線監(jiān)測。該部分的功能是使系統(tǒng)可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各測點(diǎn)上的狀態(tài),便于監(jiān)測以棒圖形式表示,可直觀地了解各軸承振動(dòng)信號(hào)是否超標(biāo),一旦某測點(diǎn)超過了設(shè)定的“黃燈”或“紅燈”限,系統(tǒng)立即進(jìn)入報(bào)警狀態(tài),使操作能及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

    2)在線數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析提供強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)分析功能。包括時(shí)域分析、頻域分析(機(jī)械振動(dòng)幅值譜、功率譜、帶窗函數(shù)選擇、譜平均、坐標(biāo)選擇功能)、包絡(luò)譜分析、倒頻譜分析等。用戶在數(shù)據(jù)分析過程中,如果覺得這組波形數(shù)據(jù)具有某種特征,可以在線保存特征波形數(shù)據(jù)。


    3)趨勢分析。趨勢分析是判斷設(shè)備運(yùn)行狀況的重要手段。通過選擇機(jī)組、測點(diǎn)、時(shí)間間隔獲得該測點(diǎn)在這段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀況,本系統(tǒng)的趨勢分為時(shí)、日、周、月、年趨勢。

    4)歷史波形數(shù)據(jù)分析。可以查詢報(bào)警數(shù)據(jù),歷史工況數(shù)據(jù)和特征波形數(shù)據(jù),并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析。

    5)細(xì)化譜分析[6]。細(xì)化譜分析專門針對(duì)臥螺離心機(jī)具有拍振的特點(diǎn),進(jìn)行設(shè)計(jì)的。拍振是由兩個(gè)振動(dòng)頻率相近而又不成整數(shù)倍的簡諧振動(dòng)的疊加而形成的。因?yàn)橐杉脚恼窈蛢?nèi)外轉(zhuǎn)鼓的頻率信息,就需要采樣周期長。在這種情況下,通過細(xì)化譜分析才可以查看到內(nèi)外轉(zhuǎn)鼓的振動(dòng)頻率。圖3為細(xì)化譜分析后和一般的頻譜分析后的比較。從圖上可以看到:在一般頻譜圖上分辨不出內(nèi)外轉(zhuǎn)轂的頻率,而在細(xì)化譜圖上可以清楚的分辨出內(nèi)外轉(zhuǎn)轂的頻率。

    數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集機(jī)組的振動(dòng)、軸承溫度、壓力、扭矩和電流等信號(hào),并完成對(duì)信號(hào)的必要處理、傳輸與存儲(chǔ)等工作。這些信號(hào)直接反映機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),通過以太網(wǎng)把信號(hào)傳輸?shù)綄?shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)防子系統(tǒng)。在服務(wù)器端存儲(chǔ)的趨勢和歷史數(shù)據(jù)對(duì)臥螺離心機(jī)故障、維修和性能分析具有非常重要的價(jià)值。

              

    3　故障自愈子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    3 1　故障自愈調(diào)控原理

    裝備和有生命的機(jī)體一樣,實(shí)際上是有許多相互聯(lián)系、相互作用的各個(gè)(要素)組成的復(fù)雜系統(tǒng),它同時(shí)亦是以一定的組織性(有序性)、多樣性(復(fù)雜性)處于一定的穩(wěn)定狀態(tài),并通過各個(gè)系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和相互作用,實(shí)現(xiàn)生命過程的調(diào)節(jié),保持機(jī)體的穩(wěn)定狀態(tài)。一旦機(jī)體出現(xiàn)故障(病態(tài)),那么這時(shí)一定是機(jī)體中某一局部系統(tǒng)(子系統(tǒng))偏離了其穩(wěn)定狀態(tài),表明它的有序性、組織性、復(fù)雜性與多樣性發(fā)生某種程度的變化。

    除了極少數(shù)突發(fā)故障以外,絕大多數(shù)故障的產(chǎn)生是一個(gè)過程,是漸進(jìn)的。故障產(chǎn)生的終極原因,是裝備零件間或是裝備整體、零部件與環(huán)境相互作用的結(jié)果。信息可以揭示機(jī)器、生物等的相互作用和關(guān)系。信息技術(shù)的進(jìn)步,為探測故障早期征兆提供了可能,據(jù)此分析故障的因果鏈,找出產(chǎn)生故障的初始原因。通過智能決策和主動(dòng)控制(自適應(yīng)控制),消除這一初始原因,可以將故障抑制在萌芽中,從而恢復(fù)和保持了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有序穩(wěn)定。


    3 2　離心機(jī)故障自愈系統(tǒng)

    通過對(duì)離心機(jī)早期故障初始原因的探查,發(fā)現(xiàn)臥螺離心分離機(jī)經(jīng)常發(fā)生軸承、密封等損壞嚴(yán)重事故,其原因往往是由于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)烈振動(dòng),而振動(dòng)的原因又是由固、液物料分布不勻或堵塞造成動(dòng)不平衡引起的。一般情況,從轉(zhuǎn)鼓開始不平衡到產(chǎn)生振動(dòng)、再到機(jī)器損壞是有一段時(shí)間的,如果實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器的扭矩、電機(jī)電流,并對(duì)其振動(dòng)頻譜、相位進(jìn)行分析可以早期發(fā)現(xiàn)這一故障,采取暫停進(jìn)料和沖洗等措施是可以將這一故障在初始階段就消除的。現(xiàn)在國內(nèi)外石油化工企業(yè)的離心機(jī)組還是采用定時(shí)沖洗和振動(dòng)聯(lián)鎖緊急停車的傳統(tǒng)方法,由于沖洗的不適時(shí)振動(dòng)故障時(shí)有發(fā)生,大型離心機(jī)頻繁故障停機(jī)的問題是石化企業(yè)一直未能解決的老大難問題。故障預(yù)防系統(tǒng)是通過對(duì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)來信號(hào)進(jìn)行分析,對(duì)含弱信息特征參量提取識(shí)別,這通過對(duì)早期故障工況、狀態(tài)征兆的探測和識(shí)別及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的征兆,將故障抑制在萌芽中,防止事故發(fā)生。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

    1)當(dāng)離心機(jī)殼體或兩端軸承處的振動(dòng)超過設(shè)定報(bào)警值時(shí),通衡原因造成振動(dòng)過大,那么通過自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥,自動(dòng)打開沖洗閥對(duì)機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行沖洗,當(dāng)振動(dòng)值恢復(fù)正常區(qū)域時(shí),自動(dòng)關(guān)閉沖洗閥,重新打開進(jìn)料閥,使離心機(jī)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行;如果診斷系統(tǒng)判斷振動(dòng)超標(biāo)不是由于不平衡原因造成的,那么及時(shí)在控制室進(jìn)行聲光報(bào)警,通知操作人員及時(shí)采取措施避免機(jī)器出現(xiàn)損壞等故障。

   2)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測爆破片前端壓力確定機(jī)體內(nèi)部壓力泄漏情況,當(dāng)爆破片爆破時(shí),系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的壓力變化,及時(shí)切換備用爆破片,避免長時(shí)間停車切換防爆片造成的經(jīng)濟(jì)損失。

   3)根據(jù)進(jìn)料量、出料量與扭矩及電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)扭矩和電流接近給定最大值時(shí),通過流量控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整進(jìn)料量或進(jìn)行自動(dòng)沖洗,當(dāng)扭矩恢復(fù)到正常狀態(tài)后,進(jìn)料恢復(fù)到正常負(fù)荷,從而避免造成差數(shù)器或內(nèi)外轉(zhuǎn)轂的損壞。

4　結(jié)束語     

    集實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障自愈為一體自愈調(diào)控系統(tǒng)為及時(shí)發(fā)現(xiàn)臥螺離心機(jī)可能出現(xiàn)的故障,并且在早期階段消除潛在故障,為臥螺離心機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。在實(shí)際應(yīng)用中,使以前臥螺離心機(jī)運(yùn)行周期從三、四個(gè)月延長到八個(gè)月。同時(shí)避免了突發(fā)事件給企業(yè)帶來的重大經(jīng)濟(jì)損失,為保證臥螺離心機(jī)安全、長期穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保證。