在线监测装置在泵组中的应用及研究

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为了对泵机组的振动摆度进行实时在线监测 ，掌握机组运行情况，当发现异常情况时能及时报警 ，避免重大事故的发生，小舜江输水泵站选用南瑞自动控制有限公司生产的 sJ90泵组振动摆度在线监测装置，对机组的安全运行起到保障作用。本文针对信号采集功能、其本分析功能及三种不同应用方式进行适合泵组特性的分析研究。研究火气SJ90泵组装置是-款对泵机组作故障分析与诊断的性能优异在线监测装置。

1 监测项 目概述小舜江输水泵站共装有四台离心泵机组，其型号参数为：泵型号YJG-201，转速 500 r/min，电机型号TC3500-12/2150，额 定 电压 6 000 V，额定 功率3 500 kW，启动方式为全电压异步启动。机组安装为泵、电机直联安装形式。联轴器采用可调型刚性联接；叶轮为平衡肋结构；机组转子重量以及残余轴向力由电机推力瓦来承受；泵轴承采用滚动轴承，其中上导为深沟球轴承，型号为 6248(内径 240mil，外径 440mm，厚度 72 mm)；下导为球面滚子轴承，型号为 23148(内径 240 mm；外径 400 mm；厚度 128 mm)。

结合整个机组的结构特性合理安排测点：测点不是越多越好，要以最少的传感器 ，最灵敏地测出整个机组系统工况 ，同时在布局上以能够捕捉机组的故障为前提合理合排测点[21。

(1)摆度测点的布置：立式机组的总轴线是由联轴器联接电动机轴线和水泵轴线所组成，推力头与镜板将总轴线支承于推力瓦上。如果镜板磨擦面与轴线不垂直或联轴器法兰结合面面与轴线不垂直，总轴线将会曲折，产生摆度。所以，无论是镜板面与轴线不垂直，法兰面与轴线不垂直，两轴线曲折方向-致还是相反，测量摆度灵敏点都在两轴联接处或泵叶轮处[3。

(2)对于低频振动必须同时测量水平和垂直个方向，有条件还应增加轴向测点[21，同时考虑到不同的故障在不同的测量方向上有不同的反映，例如，不平衡故障在水平方向振动较为明显，而不对中故障常伴有明显的轴向振动，故在上机架下机架及泵上导增加 z方向振动测量。

(3)由于小舜江泵站是国内首家利用抽水蓄能原理抽水，即利用夜间低谷电能运行，每天晚上 22：00开泵，到第二天上午 8：00关泵。液控阀采用分段关闭方式，即分为快关 ，慢关，慢关阶段机组及阀门振动较大，故增加泵出I1阀前(后)水压测量。

(4)根据检修记录分析：在 2006年 7月，3号机组在停机时 ，有擦击声音 ，后经检查发现 ，叶轮与口环在进口侧偏右450位置无间隙，初步确定是泵体倾斜产生水平变化，通过分解泵体，发现上导轴承衬套键被切断。同样在 2002年 10月 4号机组在运行中轴承声音不正常 ，振动偏大，停机时有异常声音 ，后在分解过程中，发现水泵轴上导轴承衬套被切断，上导轴承二个滚珠已破损。

理论分析：由于泵下导采用球面滚子轴承，可承受较大的径向载何，同时也能承受-定的轴向载荷，收稿 日期 ：2013-02-11作者简介：俞明军，(1978-)，男，浙江上虞人 ，助理工程师，从事农业线工作。

86《装备制造技术>2013年第5期轴承外圈滚道是球面形的，具有调心功能，内圈中心线与处圈中心线相对倾斜不超过去2.50时，轴承仍能工作。而泵上导采用最常用的深沟球轴承，与尺寸相同的球面滚子轴承比较，不耐冲击，不适宜承受重载荷，调心能力较差，当相对于外壳孔倾斜0.20时，将影响轴承的使用寿命。综合上述故只对泵上导敏感处测量振动。

考虑上述因素具体安装的测点：上机架x、Y、z方向振动；下机架 x、Y、z方向振动；联轴器电机侧x、Y方向摆度；键相；泵上导处 x、Y、z方向振动；泵下导处 x、Y方向摆度(具体见图 1)；出口阀开度；泵出口阀门后水压；泵出口阀门前水压；泵进口水压。

球推力头li上导 ]I F-X、Y、Z方振动下导 ]f[ x、Y、Z方振动I刚性联轴器 Ei X、Y摆度深沟球轴承 固 X、Y、Z方振动面滚-T-轴承 E 牵三]X、Y摆度I叶轮 图 1 机组振摆测点布置图2 SJ90振动摆度的功能结构2.1功能介绍SJ90主要为泵组状态监测提供实时的在线监测与异常告警，采用标准确 l9英寸半宽插箱结构，采用嵌入式硬件和 LINUX嵌人式操作系统。硬件为模块化设计，包括 CPU模件、电源模件、功能模件等。根据测点类型选择相应的功能模件，而且支持带电插拔，彩色液晶显示，不但具有幅值显示，告警功能，同时具有柱状图，测点波形时域图，频谱分析图，瀑布图，趋势分析图，轴心轨迹图等分析图谱。监测类型包括转速、振动、摆度、水压脉动等，具有集成化程度高，功能齐全等优点，同时具有-定的可扩展性和配置的灵活性，是泵组实理状态监测的理想设备。

2.2 装置结构装置的结构分析如下：机箱：sJ90采用标准 19英寸半宽插箱，主要由插箱、插槽 、底板、面板等组成，面板上包括液晶屏、屏蔽罩、功能键、告警灯和 USB接口等。

电源模件：电源模件位于 SJ90最右端的插槽，后档板上有 1个交流电源输入端子和 1个电源开关 ，将输入的220 V，50 HZ电源转换成 sJ90装置所需的不同直流电源。

屏蔽模板 ：位于电源模件与 CPU模件与 CPU模件之间，起到屏蔽罩的作用，避免电源模件对 CPU模件和功能模件产生电磁干扰。

CPU模件：位于 SJ90装置右端第 3插槽，是 sJ90装置的核心模件，实现模拟信号的采样、处理 、运算和数据的传输等功能。后档板包括开入、开出和键相端子，以及数字串口和RJ45网络口。

振动、摆度及水压脉动模件：负责对振动、摆度及水压脉动信号的接人，滤波和信号调理，每个模件具有 8组信号输入端子，可接人 8路振动、摆度等快变模拟信号并为相应的传感器提供直流电源，其中振动摆度共用模件，可根据用户的需求，通过软硬件设定成为振动监测模件或摆度监测模件 。

3 SJ90振动摆度适合泵组特性分析3.1具备同步采集振动、摆度、水压脉动及键相信号泵机组的设备结构复杂，各种设备之间的联系紧密，其是-个涉及机械电气和水力的复杂系统，其振动可能是机械电磁水力这三者中的某单-因素引起的单-振动，也可能是几种因素共同作用的耦合振动，振动机理比较复杂。

泵体内压力脉动：泵体密封环的间隙堵塞，造成泵体内泄漏损失大，回流严重，进而造成转子轴向力的不平衡和压力脉动，会增强振动阎。

旋转机械中的相位是指基频信号相对于转轴上某-确定标记的相位差，这样便可以把基频振动与转轴联系起来。相位是旋转机械振动分析不可缺少的参数，相位的变化直接反映了转轴上不平衡力角度的变化，分析相位变化规律为后续振动分析提供依据[61。

3.2具备对泵机组的信号基本分析功能由于其它摆度振动仪的分析功能过于简单 ，有的甚至没有，无法对设备故障做出进-步的分析诊断。水泵机组属于旋转机械设备，同时又具有自己的固有特点，所以在信号分析中，即有旋转机械的信号分析功能，还应具有自己特点的信号分析功能：(1)振动信号中含有丰富的故障信息，通过对其进行时域频谱及轴心轨迹的综合分析，分离出振动信号的主要时域部分，频率部分和轴心轨迹 ，从而得出各种故障，在机械设备诊断中，许多故障都会在振动信号中有所反映，如不平衡 ，不对中，部件脱落以及轴承松动，偏心等。

(2)趋势分析法：既可分析泵机组起停机非稳态趋势，也可分析机组状态的历史趋势；不但分析振动有87Equipment Manufacturing Technology No.5，2013效值或峰-峰值变化趋势，而且分析基频，1/2倍频，2倍频等各频率分量的变化趋势，从而得出振动是稳定不变，逐渐上升还是下降还是迅速增大等信息。

(3)当把启动或停机时，各个不同时刻的频谱图画在-张图时，就得到瀑布图，利用瀑布图可以判断机器的监界转速、振动原因和阻尼大校3.3三种典型的应用方式(1)单独作为-个振动摆度仪，进行实时监测，显示机组的摆度和振动。

(2)由于sJ90装置支持以太网和串口通信方式与外部设备进行数据交换，又可通过自定义版 MOD-BUS-TCP和MODBUS-RTU协议的网络和串口通信方式与计算机监控系统通信，当任-台上位机安装配套监测软件，就构成了-个具备简单显示、告警、分析功能的振动摆度实时监测系统阴，即状态监测及诊断系统的功能放在计算机监测监控系统中实现。

这-方案具有投资省，运行维护不额外增加工作量，完全利用监控系统的资源的特点，而监控系统的可靠性并没有降低。

(3)sJ-9O装置还作为-个完整在线监测系统(例如南瑞 SJ9000机组状态监测分析系统[s1)的机组状态数据采集单元 ，即状态监测及诊断系统的功能独立实现，但能充分利用监控系统的资源。这-方案充分利用监控系统所采集的数据，独立配置状态监测及诊断的计算机系统，相对方案2增加了投资和现场的施工工作量。

综合所述，选择方案时应考虑水电厂计算机监测监控系统的现有功能，泵机组结构的复杂程度及泵站在供水系统中的重要程度，资金投入因素等因系。

4 结束语通过上述分析，可以得出以下结论：(1)振动摆度是水泵机组常见的问题，同时水泵结构多样，种类繁多，大小各异，应用情况不同，应结合泵组特性合理安排测点。同时SJ90振动摆度在线监测装置可灵活应用水泵机组，分别作智能式振摆监测仪，振动摆度在线监测单元，在线监测系统的机组状态数据采集单元 。

(2)SJ90振动摆度在线监测装置以微处器为核心，把自动化技术，计算机技术，通信技术融为-体的新型在线监测装置，其发展方向：- 是，小型向体积缩小功能增强价格低廉的方向发展，使之能适应泵种类繁多，结构单-的泵机组上在线监测。

二是，向大容量多通道可靠性高具备较复杂分析故障能力，使之能适应较复杂泵机组上在线监测。

三是，直接作为完整的在线监测系统机组状态数据采集单元方向发展，应具备多个通道的数据采集能力，较强网络通信能力，但数据存储与分析，及故障诊断能力由上位机服务器来完成。