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设备智能化在线监测系统应用案例 

发布时间:2020/12/14

煤炭洗选是提高选煤厂经济效益的一种有效途径,洗选设备是生产系统的重要组成部分,其健康状况好坏是煤炭洗选能否正常进行的关键。为了保证洗选设备的完好性,通常选煤厂通过点检制度对其进行检查。传统的设备点检是借助于人体五感(如视、听、嗅、味、触)或简单的工具、仪器(如测温仪、测振笔等),按照预先设定的周期和方法,对设备的规定部位进行预防性检查。但这种方法需要大量人力,且受人为因素影响较大;通常发现问题时设备已处于故障晚期,难以形成统一的对比数据,不能对设备检修形成指导性意见。

唐山杰斯德科技项目选煤厂是一座矿井型选煤厂,经过多次升级改造后洗选能力达到7.50Mt/a,设计采用全重介分选工艺。重介选煤厂的机械设备众多,原来通过人工经验、温度检测等方法判断设备是否存在故障;但其只能诊断已经出现的故障,无法进行预先分析与判断。为了保障选煤生产的高效、有序进行,实现设备故障的预先分析与判断,并及时排除潜在故障,2017年10月选煤厂引入了智能化在线监测系统。通过其对设备的潜在故障进行分析,并将相关信息发送给技术人员,方便技术人员及时、准确掌握设备的运行状态,实现早期预防和提前更换、维修等,进而保证设备的安全、正常运行,为选煤赢得生产时间。

 

1系统组成   

智能化在线监测系统(图1)是为关键设备或部件(电机、减速机、激振器等设备),安装加速度、速度、位移、温度等传感器,进而实现对其运行状态长期监测;并通过采集、积累的运行状态数据,为每台设备制定个性化的状态检测和数据分析方法。设备智能化在线监测系统分为两部分,即硬件系统和软件系统,其结构框图如图1所示。

1.1硬件系统组成

硬件系统是现场级系统,主要设备包括无线传感器、采集站、现场服务器等,用于采集设备的振动、温度等数据。传感器为通用加速度传感器,灵敏度为100mV/g,且集成有温度传感器,通过无线传输方式将数据发送给采集站。采集站用于连接传感器,最多可连接40个传感器;在无隔挡的情况下,传感器与采集站的有效传输距离为200m;信号传输方式包括4GWIFI、以太网三种,采集站将收到的数据无线传输给现场服务器。现场服务器用于收集采集站传输过来的数据,并有数据备份功能;将数据传输给数据库,并提供与WRAS远程诊断中心相同的数据分析功能。

由于传感器采用无线传输方式,省去了铺设线路的环节,安装更加方便;以强磁座和胶水对传感器进行固定,在一定程度上能够减少工作量。该系统不仅仅是硬件的安装与使用,还有专业的数据分析人员对数据分析、对设备运行状态总结等软服务。

1.2软件系统组成

软件系统包括数据库、云服务器、WRAS远程诊断中心、移动客户端(APP)等,用于分析数据、出具分析报告等。数据库用于存储现场服务器传输的数据,云服务器用于数据存储和APP读取;WRAS远程诊断中心是数据分析软件,可为专业数据分析人员提供数据分析平台。WRAS远程诊断中心集成了20多种数据分析方法(图2),能够对数据充分、准确的进行分析,确保技术人员及时、准确的发现设备故障;其也能通过独有的算法对损坏部件的残余寿命进行预测,进而指导设备的维修工作。

该系统每5min采集一次设备的振动特征值和温度数据,相当于人工点检一次,能够保证检测的及时性;每小时采集一次设备的振动数据波形,用于分析设备的振动状态,相当于对振动进行一次离线精密监测;此外,振动时域数据采样值还可作为设备振动趋势分析的依据。

2传感器的选择与安装  

该系统通过安装在振动轴承座的传感器,采集旋转部件的振动数据,进而对其进行分析,用于判断设备运行状态。因此,传感器的选择、安装非常重要,需要满足以下要求:

1根据检测设备类型,确定振动数据类型,进而选择合适的传感器。常用的振动数据类型分为振动加速度、振动速度、振动位移三种,对于设备的滚动轴承,一般采集振动加速度和速度信号,应该选用压电陶瓷式振动加速度传感器;对于设备的滑动轴承,应该选用位移传感器。

2由于不同故障在不同方向上的振动敏感性差异很大,对于同一台机组,在安装传感器时需要选择合适的方向。水平方向对故障的综合效应响应最好,轴向在轴向受力分析和故障劣化预测中必不可少,垂直方向在基础结构类、共振类、工艺类等故障监测中有其独特的敏感性。

3设备的转速和类型不同,振动信号频段存在差异,且其特征频率与转速成正比。对于齿轮啮合故障,主要通过啮合频率及其23倍的谐频分析,因此采集信号的最大频率是啮合频率的3倍以上;对于轴承故障频率,由于其材料质量的原因,故障频率通常在220kHz之间,轴承损伤晚期的故障频率在2kHz以内。因此,需要根据不同的检测需求,设置不同的数据采集频段。

3应用效果  

振动筛是选煤厂的重要设备之一,其配备有两台激振器,两者通过电机驱动的主动轴连接在一起。激振器为一级传动齿轮箱,主动轴和从动轴的齿轮规格相同。激振器是振动筛的传动机构,也是设备利用机械振动的重要部件,因此实际生产中必须保证其完好。

以济三选煤厂其中一台振动筛的故障诊断为例,说明智能化在线监测系统的应用效果。在振动筛的转速为750r/min、齿轮齿数为46的条件下,齿轮的啮合频率为575Hz;由于振动筛的轴承较多,设置高频振动加速度为220kHz,低频振动加速度为22kHz,振动速度为22000Hz。在每台激振器上安装四个传感器,且兼顾水平方向、垂直方向、轴向三个方向,激振器的测点分布如图3所示。

通过激振器A主动轴1H测点的振动趋势(图4)可以看出:2018126该测点的振动加速度从17.429m/s2开始上升,在201824达到130.685m/s210天内振动加速度上升了约6.50倍,说明振动筛性能在这段时间急剧下降。

通过激振器A主动轴1H测点的时域波形(图5)和频谱(图6)可以看出:该测点的振动加速度时域信号幅值较大,且没有发现明显的冲击特征;而频谱中可以看到明显的轴承缺陷频率(124.063Hz)和多倍谐波,且有边频带,说明轴承存在损伤。

通过振动趋势和振动信号分析,判断出了设备的损坏部位和损坏程度,可以择机停机维修。在损伤较小的情况下,更换轴承即可使设备正常运行,避免了非计划停机,同时节约了维修费用。

唐山杰斯德科技项目选煤厂采用智能化在线监测系统代替传统的人工点检,实现了设备的在线监测,故障诊断效率大幅提高,并能实现设备潜在故障的预先分析。通过对设备振动数据的采集和分析,能够及时、准确的判断出设备的运行状态;在其出现故障时,能够指明损坏部位和损坏程度,有助于减少甚至避免非计划停机,并降低维修成本。这对于保证生产的高效、有序进行有着重要作用。

唐山杰斯德科技有限公司承建选煤选矿工程、选煤选矿工艺流程设计、机械设备安装调试、智能自动化改造、环保除尘系统改造、工业水处理工程、机械设备生产制造。
主要产品:振动筛、离心机、破碎机、跳汰机、浮选机、旋流器等及各种配件 、浮选药剂生产研制、浮选剂 、捕收剂 、起泡剂。