地鐵風機振動在線監測系統方案設計

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摘要：針對地鐵線路中的大風機、射流風機，分析了風機振動監測的必要性和重要性，主要從傳感器設備的選擇及布置、振動監測裝置、監測診斷軟件等方面進行了詳細的描述，構建一套完整的風機振動在線監測系統方案。

關鍵詞：地鐵車站；風機振動；故障診斷；在線監測

經濟增長速度越來越快，城市越來越向周邊發展，人口聚集，交通狀況日益加劇，城市軌道交通建設隨之愈演愈烈。目前，國內一線城市已全面建設地鐵線路，二線城市迎頭趕上，城市軌道交通的地位越來越重要，伴隨著地鐵中的風機設備也越來越多，風機的監測保護需求也日益顯著。

1必要性分析

地鐵通風空調系統主要由隧道通風車站公共區通風空調系統（簡稱車站大系統）、車站設備管理用房通風空調系統（簡稱車站小系統）和空調水系統組成。車站大風機、射流風機等風機設備主要用于地鐵通風空調系統中的隧道通風系統，主要是對地下車站和區間隧道內溫度、濕度、風速、事故工況排煙等進行全面控制。這類地鐵風機特點是工況變化復雜、運行條件惡劣、故障率較高。同時，風機的故障類型繁多，原因也很復雜，風機故障主要包括：軸承振動、軸承溫度高、動葉卡澀、保護裝置誤動及固定支架松動等。其中，風機運行中出現最多、影響最大的就是振動，它將直接影響到風機的安全穩定運行，嚴重時還會導致設備損壞等惡性事故的發生。因此，地鐵風機在線振動監測保護顯的尤為重要，通過在線實時振動監測及時了解風機設備運行狀況，當風機機組發生故障時及時預報、報警，以便安排檢查和維修，避免造成故障擴大化。

2故障維修種類分析

在線監測風機振動分析故障，根據故障類型對風機進行適合場景的維修，從而降低成本，提高經濟效益。風機維修分為事后維修、預防性維修、預測性維修。（1）事后維修其特點就是運行直到其損壞，可能會隨時停車，直到發現明顯的故障，才會檢修或更換。不必有事先的成本投入，但是后期維修成本較高、減少設備的平均無故障時間、頻繁的更換設備或備件導致成本增高、停車時間較長會導致非計劃停車。事后維修適用于長時間或頻繁的停車對生產影響不大、產品質量不受停車的影響、維修和更換的成本不高的場合。（2）預防性維修其特點是定期維修、有計劃有準備的維修。其優點是優化維修資源、減少非計劃停車增加MTBF、優化備件儲備、可確定維修預算；其缺點是會產生過剩維修、有時會更改計劃時間、有人為判斷失誤的可能。預防性維修適用于具有成熟的失效模式、保修期限所要求的情況、維修和更換的成本較低的情況。（3）預測性維修其特點是有需求時才維修、通過數據對比評估今后的運行狀態和故障可能。其優點是預測災難性的故障、降低業主的成本、使維修人員效率最大化、根本失效原因分析的有效手段；其缺點是需要事先的成本投入和人力投入、需要特定的技術和知識、不同的設備有不同的監測手段。預測性維修適用于非計劃停車對生產有嚴重影響、非計劃停車會影響產品質量、當維修和更換成本較高時的場合。

3系統方案

振動是狀態監測與故障診斷的核心參數，與其它設備參數相比，振動信號較敏感，可以早期發現設備故障。振動信號包含了幾乎所有的設備故障信息，可以進行設備故障的精密診斷。信號的采集除振動總值外，振動波形的采集更為重要，波形中含有豐富的故障信息。地鐵風機的振動監測系統主要包括安裝在風機設備上的振動傳感器、數據采集器等幾個部分。

3．1方案概述

在風機的水平和垂直方向各設置一個振動測點，用于監測和判斷設備如不平衡、不對中、基礎松動、葉輪裝配不當及軸承故障等軸流風機常見故障。地鐵風機和組合空調器振動監測方面，風機設備通過垂直和水平各設置一只振動傳感器在線實時采集振動信號，并將振動信號傳送到風機附近的數據采集單元進行處理、分析。風機振動在線監測系統的結構圖如圖1所示。在線狀態監測保護裝置負責對風機設備的振動信號進行數據樣本采集、處理、分析，同時對相關數據進行特征參數提取，得到機組狀態數據，完成機組故障的數據處理和分析，協助維護人員評價風機運行狀態，查找風機故障原因及位置。并當特征數據超過裝置設定的報警閾值時，裝置根據設定的延時要求進行軟件報警提醒。

3．2振動傳感器選擇及測點布置

傳感器信號對于風機設備的在線振動監測及故障分析的正常運行致關重要，考慮到地鐵風機的特點，建議傳感器選用壓電式加速度傳感器。每臺風機配置2只，其中包括探頭、雙芯屏蔽電纜兩個部分。在風機外殼本體上，分別監測風機水平（X方向）、垂直（Y方向）的振動，在風機外殼垂直方向和水平方向各安裝一個振動傳感器即可，具體測點安裝位置見圖2。傳感器的安裝方面，建議傳感器部位有一個直徑30mm的平面，同時在平面中心位置上攻M10×1．5螺紋，螺紋深為12mm，將探頭固定在螺孔上，無須對機器內部進行任何操作。3．3振動監測裝置采用多通道同步采集方式，是設備監測分析系統的核心部件。振動監測裝置采用ARM＋DSP＋FPGA的架構能提供強大的實時數據處理能力，采集系統采用24位AD、200ksps高速采樣，通過多通道實時采集，使得采集系統在保有高性能的同時亦具有高品質的數據采集能力。同時，它具有斷點續傳能力，保證傳輸可靠穩定、數據的完整。

3．4機組在線狀態監控診斷系統軟件

機組在線狀態監控診斷系統軟件是基于WindowsSERV-ER系統開發，采用B／S架構方式設計的云平臺狀態監測診斷管理軟件。可以實現運行設備狀態監測、組態配置、振動分析、數據庫管理、設備管理、網絡通信等功能。它為設備建立一套嚴密的機組監測分析管理體系。系統通過連續監測設備運行的重要狀態參數，及時了解設備的運行狀況，為事故征兆的預診斷提供重要的數據資料，對已發生的故障進行快速的診斷分析，及時指出故障原因，提醒運行人員采取必要的措施，為設備的安全運行提供可靠的保障。另外，通過遠程服務平臺，現場機組服務器實時將數據傳送至遠程服務中心平臺，并通過遠程服務中心的工程師人工分析診斷，給出設備的運行情況報告及維修建議，為業主提供更全面的設備保障服務。通過長期的跟蹤觀察，定期地給出設備的運行報告，提出維修計劃建議，給出設備故障預警，為設備的長期穩定運行提供保障支持。在系統進過長時間運行之后，根據實際的運行操作習慣以及機組運行的狀況，對在線監測分析軟件提出針對性的修改意見。本方案在保證在線監測系統的可靠運行的基礎上，對軟件系統根據提供的修改建議進行定制化的開發，同時又兼具所在機組運行的機組的振動等特點，可從設備本身以及客戶個性化角度對軟件進行合理修改。圖3為振動監測軟件實時監測示例圖。

4結束語

風機在線振動監測系統設備建立一套嚴密的在線監測保護體系，為事故征兆的預診斷提供重要的數據資料，亦為企業建立科學的預測、維修機制提供技術基礎。通過系統的嚴密監測和診斷分析，判斷設備有無異常或故障趨勢，較準確地估計設備繼續運行的可靠時間，使設備使用壽命最長和意外停機事故最小，避免過剩維修。目前，各地鐵線路中的風機均設置了振動在線監測系統，其效果明顯，既保證設備安全，又為客戶節省運營成本、提高經濟效益。

參考文獻

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作者：馬筱艷 單位：國電南瑞科技股份有限公司