张玉东

摘 要：随着离心机组大型化进程的快速推进，传统机组检测及维护手段已然无法满足日益提高的运维要求，监测精度以及实时性的差距带来的对机组安全性能的影响已经是当前机组运行主要的安全隐患构成。本文对大型离心机组某型在线监测系统进行了分析，并对机组运行过程中的动平衡监测应用进行研究。

关键词：离心机组；大型；在线监测；动平衡

中图分类号：TH113 文献标识码：A

大型离心机组的广泛应用，给在线监测以及故障诊断系统的发展和大规模应用带来新的契机。高度精密和复杂的自动化离心机组的安全运行，是保证企业连续生产和稳定运转的关键因素，传统的运维手段以及检测手段对于大型机组高可靠性、安全性的要求已经无法满足，企业正积极寻求高可靠的检测手段以及运维方式，在线监测技术对于机组动平衡的监测有着远超其他离线监测技术的优势，能够对动平衡波动以及其他故障进行提前预知，并采取措施加以预防。

在线监测技术的应用不仅能够避免传统故障检测技术迟滞、低可靠性以及片面性的缺点，减少恶性事故的发生概率，还能够对企业的安全连续运行以及较高的投资回报率有明显贡献，大幅度降低企业机组运维成本，提高企业经济效益。

1 在线监测技术与动平衡

1.1 在线监测技术

与传统监测技术相比，大型离心机组在线监测技术能够在机组运行状态下，不进行拆卸或大幅拆卸情况下，对机组运行状态进行判定，若有故障发生，能够及时对故障类型进行判定并及时定位故障点，进而对故障的进一步发展趋势进行预测，为运行人员提供运行指导，避免故障的进一步恶化。该监测手段能够有效减少非计划内停机以及其他事故数量，对于设备安全运行具有重要作用。

在线监测系统应用于大型机组时，其主要作用如下：首先，为机组提供监测和保护功能，实时监测大型机组运行情况及工作状态，发现故障、故障报警以及隔离故障，及时降低故障带来的更加恶劣的影响；其次，对故障进行分析和诊断，依据监测数据判定故障类型、定位故障点，反推故障原因并加以处理；第三，故障预防。在线监测的三种功能能够为机组运行提供准确的数据，对故障诊断起到重要的支持作用，大大提高故障诊断和处理的效率，避免机组故障维修过程的盲目性。此外，由于系统的故障预测功能，能够大幅降低故障发生概率以及影响范围，提高机组寿命。

1.2 动平衡监测

动平衡作为离心机组运行过程中的重要安全指标，对于机组安全意义重大，也是在线监测的重要对象。通常在线监测系统通过对设备振动信号进行采集，通过振动信号的分析，对故障进行判定与预测。动平衡分析作为在线监测的重要故障预测及诊断手段，在近年来的监测系统中已经得到广泛应用。

此外，在线监测系统的故障诊断除振动外，还包括相位、振幅、频率、轴心轨迹、振型、剛度以及临界转速等参数，综合各个参数能够对故障类型及发展趋势有较为准确的判断。

2 在线监测系统

2.1 系统组成

图1为某型大型离心机组在线监测系统的结构图，系统由布置在机组的各类传感器采集机组信号，采集到的信号与参考图谱进行对比分析处理后，对机组运行状态进行诊断，从而确定机组运行状态。监测分站的作用是对单台机组进行监测，数据通过WEB8000数据服务器进行分析和处理，经过授权的工作人员可以通过IE浏览器登陆系统查看实时数据及诊断结果。

2.2 振动分析

该型离心机组在线监测系统主要功能是测量机组运转过程中的振动信号，通过对信号的分析和处理，实现对机组状态的确定。振动信号的现代分析处理方法有如下几种。

（1）小波分析技术

小波分析法本质是时频分析法，信号分析的分辨率较高，能够同时在时域和频域对信号特征进行描述，高频信号部分频域分辨率较低而时域分辨率较高，低频部分正好相反，由于小波分析技术的这种特点，在离心机组在线监测及故障诊断领域具有广泛应用。该方法的主要过程是通过小波变换或小波包变换对信号进行转换后进行分析。

（2）频率细化技术

快速傅里叶变换（FFT）方法是频谱分析常用的方法之一，能够将整个信号频段上的信息进行计算和分析，缺点是对于某个特定信号频段的分析，其分辨率不能达到要求，需要采用频率细化技术进行信号处理，该种方法主要是对时频谱图进行细微结构上的分辨，以便提高信号处理时的分辨率。

（3）现场动平衡监测

现场动平衡监测技术是指通过对传感器采集到的转子振动信号，对其不平衡量以及相位进行计算和分析，并通过相关控制系统输入量的变化来消除该不平衡量，从而保证转子在运动过程中不会产生不平衡力。转子不平衡力的产生通常由以下几种情况导致：①转子本身的原始质量不平衡；②转子在工作中发生的渐发性不平衡；③转子受热不均匀产生的转子弯曲；④转子受到气流突然的冲击或者受到透平机和发电装置的载荷突然有较大的变化会产生弯曲。

本文研究对象为在线监测技术中的现场动平衡监测技术，采用基于虚拟仪器的软件平台LabView进行开发，能够将传统硬件系统软件化，降低设备投资，提高数据采集和处理的集成度，从而能够增强系统的功能和灵活性。图2为基于虚拟仪器的数据采集处理框图。

3 在线监测系统动平衡监测的应用研究

应用在线监测系统对某机组动平衡进行监测，系统采用上述某型号在线监测系统，具体实施过程如下。

3.1 传感器布置

图3为某大型离心机组全貌，该机组主要由透平、发电机组、励磁机构成，振动监测的对象为主轴各段轴承、轴瓦的振动信号，传感器采用压电式传感器，布置方式如图所示，对机组各部分振动量进行监测。主轴运动数据的采集采用电涡流传感器对轴端面及轴向平面的运动进行监测。

3.2 原始数据采集处理

原始信号数据的采集采用NI公司出品的NI9234采集卡实现，该采集卡分数模两端，能够将模拟信号转换为数字信号，在计算机中加以展示；软件集成采用LabView完成，利用Matlab编制相应的信号处理程序，从而实现对原始信号的处理和分析。采集卡与计算机的接口采用通用应用编程接口API。在开始采集前，对采集板卡进行初始化设置。

3.3 故障频谱分析

（1）转子不平衡

如图4所示，为转子不平衡故障时的频谱信号。该频谱的特点为：故障波形近似于正弦波形，且1X部分的幅值与通频部分相比，约为其80%，且其轴心轨迹为近似椭圆形，且轨迹重复性较差。

（2）转子碰磨故障

如图5所示，为转子碰磨故障时的频谱信号。该频谱的特点为：与原始波形相比，高频部分波形较多，滤波后的波形更加清楚的显示出每次碰磨后的波峰存在。从快速傅里叶变换的结果显示，转子碰磨的出现同时显示在频谱图上的周期性波峰。

结语

本文对大型离心机组在线监测系统所涉及到的信号处理技术进行了分析，并针对某型在线监测系统在某大型离心机组动平衡监测中的应用进行了分析，结果表明，利用在线监测系统能够对转子不平衡有很好的调整功能，同时能够对故障起到及时的预防和处理作用。

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