[发明专利]变频冷却塔风机运行状态监测与故障诊断远程监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及冷却塔风机运行状态监测与故障诊断领域，特别涉及一种变频冷却塔风机运行状态监测与故障诊断的远程监控系统。

背景技术

冷却塔风机广泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业的工业循环水系统中，其主要作用是将热的工业用水强迫冷却，达到水循环使用的目的。冷却塔风机作为循环水系统中的关键设备必须长时间安全连续运行，它是控制循环冷却水温度的重要设备。一般冷却塔风机的传动方式是将电动机布置在塔外，通过细长传动轴与风机齿轮箱相联，齿轮箱采用一对圆锥齿轮和一对圆柱齿轮传动，水平输入、垂直输出。冷却塔风机结构如图1所示。

冷却塔风机在使用中由于不平衡惯量、松动、腐蚀等原因，引起设备磨损加剧、振动增大，若不能及时发现处理，将引起轴承烧毁、机件损坏，甚至叶片断裂、传动轴甩出等恶性事故。因此，为保证风机的可靠运行，对风机叶片、传动轴、齿轮箱油温、油位等参数进行有效的监测就十分必要。

传动轴是冷却塔风机的关键部件，由于制造和安装细长传动轴难度大，不可避免的存在制造和安装误差，使细长传动轴产生较大不平衡惯量，细长传动轴的振动是威胁风机长期稳定运行的严重隐患，工程实际中不乏由于传动轴断裂甩出，砸坏整台风机和相关设施，导致停产的重大事故的案例。

大型冷却塔风机叶片的体积和质量都较大(单片叶片质量达数十公斤)，且旋转直径和转动惯量大，目前国产风机只能在出厂前作叶轮的整体静平衡，出厂后现场安装时无法精确恢复到出厂前的静平衡状态，工作转动时存在不平衡惯量。冷却塔风机叶片的材料一般为复合材料，复合材料叶片的制造质量受胶、玻璃布、固化条件等诸多工艺因素影响，导致叶片的一致性和稳定性不高。所以叶片寿命离散性较大，常发生单个叶片首先失效折断的情况。从多次事故的情况看，单个叶片失效折断后并不是瞬间完全断开脱离，而是未完全断开的叶片继续随叶轮旋转，并不断打击其它完好叶片和相关设备，直至在打击中完全折断甩出。在这个过程中其它完好叶片被强力打击造成开裂等严重损伤、断裂报废，并打坏其它相关设备，造成的破坏严重，损失大、恢复困难。在现场风机恢复工作中，对于目视完好的叶片等零部件，难以确定是否存在不可见损伤，是否可继续使用。在这种情况下为确保安全，只能大量报废换新，造成较大经济损失并影响生产。

目前国产和进口抽风式冷却塔风机普遍采用在齿轮箱侧壁安装振动加速度报警器的方式进行故障监测报警，这种报警器主要由风机生产厂家配套生产供应。由于冷却塔风机工作环境恶劣复杂，振动加速度报警器在工作中漏报误报问题严重，并没有达到减少事故和损失的目的，因此大部分用户将振动加速度报警器拆除，弃之不用。

目前使用冷却塔风机的企业多采用人工每小时巡检一次的方法减少事故的发生，主要巡检手段是听风机运行时的声音，看电流表和温度表的显示。巡检工人的经验和心情等因素对巡检结果起决定性的作用，造成巡检结果准确性不高，出现了无故障停机和有故障未发现的现象。冷却塔上温度高，有腐蚀性有毒有害气体，且不易观察，这种方法使得巡检工人劳动强度加大，技安保护要求高，并极易造成人身伤害事故。

鉴于现有大多数大功率冷却塔风机具有变频调速节能功能，为了研究在变频调速状态下风机的故障监测，需掌了解变频调速对冷却塔风机运行状态监测系统的影响：

(1)风机的载荷不稳定，处于频繁地变化中，以测量应力应变的方法监测风机运行状态是否正常和是否有故障，会使监测参数变化不定，使状态参数拾取、分析及阈值的设定复杂化，增加监测设备软硬件的设计难度，甚至难以实现。

(2)风机运行时，各转动件的运行速度在实时变化，各件的振动频率也在变化中。为现在普遍采用的振动分析方法进行状态监测和故障诊断增加了难度。这是因为在运转速度的不断变化中，各故障发生的振动响应参量会不断变化，特定频率振动参数判断复杂化，测振监测系统难以及时改变监测参量的频域拾取和故障的判断，易造成故障的漏报或误报。

(3)对于采用拾取与周期性时间有关参数的监测设备，时间相关阈值需实时变化。若阈值取值较小(灵敏)，易造成误报；若阈值取值较大，可避免误报，但易造成漏报。

目前，还没有可实现对变频冷却塔风机运行状态监测与故障诊断的远程监控系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现变频冷却塔风机全方位的状态监测和故障诊断监控以及多点远程监控，有效提高风机故障监控的可靠性，减少风机重大事故的发生的冷却塔风机远程监控系统。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：