大型冷却塔风机故障分析诊断及监控技术研究

摘要

冷却塔风机系统主要应用于电力、冶金、石化等工业生产，是空冷设备的重要部分，承担着冷却工业用水并循环利用的重要功能，以保证工业连续生产的顺利进行。其结构包括电动机、联轴器、传动轴、减速器、叶片、轮毂等部件，工作环境比较恶劣。在高温大湿度的环境下运行，容易产生腐蚀、锈垢等使工作部件失效，产生机械故障，严重时造成设备的大面积破坏，甚至出现严重的经济、人身伤亡事故。
　　本文从以下几个方面对冷却塔风机系统进行研究:
　　(1)对冷却塔风机系统发生的故障进行调研，找到冷却塔风机经常发生故障的部位，故障发生的形式，阐述冷却塔风机传动轴、齿轮、叶片发生故障的机理，找出预防措施，对冷却塔风机的关键部件加以保护，延长使用寿命，增加工作效率。
　　(2)以冷却塔风机的振动信号作为研究对象，通过时域分析、频域分析，找到一些代表性的故障特征信号，作为对冷却塔风机运行状态的监控信号以及反馈调节信号。
　　(3)阐述多种信号处理方法，对短时傅立叶变换、小波变换、小波包分析、EMD分析理论进行分析，比较其中对冷却塔风机信号处理的优劣性，总结改进理论分析方法，确定采用小波分析的EMD分析方法对冷却塔风机振动信号的处理方法。
　　(4)对自动控制理论简单阐述，分析开环闭环系统的优劣性，结合冷却塔风机系统工作状况分析，采用闭环控制系统，对冷却塔风机减速器的电压电流、油温、液位、进行监控，以冷却塔出水温度为反馈信号进行变频调节指示冷却塔风机的运转速度，对冷却塔风机的状态进行监测与控制。
　　(5)通过仿真信号来分析故障诊断监测和控制对冷却塔风机的影响，分析此系统的优劣性。采集具体冷却塔风机的振动信号，通过对比处理，找到故障形式、故障部位，指导维修工对系统的检查维修日程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．1．1 冷却塔风机故障监测系统研究的提出

1．1．2 冷却塔风机故障分析诊断与监控技术研究的意义

1．2 机械故障诊断研究国内外现状

1．2．1 机械故障诊断国外发展情况

1．2．2 机械故障诊断国内发展情况

1．3 机械振动测试

1．3．1 机械状态参数获取的方法

1．3．2 机械故障诊断的过程

1．4 机械振动故障诊断与监测技术

1．4．1 振动诊断测试概述

1．4．2 振动信号分析方法

1．5 本课题研究的主要内容

2 冷却塔风机的结构形式和关键部件振动机理的研究

2．1 冷却塔风机分类及应用

2．1．1 离心式风机

2．1．2 轴流式风机

2．2 冷却塔风机的常见故障原因分析

2．3 关键部件的故障与振动机理

2．3．1 冷却塔风机的结构

2．3．2 传动轴故障及振动机理

2．3．3 减速器故障及振动机理

2．3．4 叶片故障及振动机理

2．3．5 轴承故障及振动机理

2．4 本章小结

3 振动信号的分析与处理

3．1 信号的预处理技术

3．1．1 滤波处理技术

3．1．3 窗函数

3．1．3 包络线处理

3．2 振动信号处理中的参数

3．2．1 均值、方差和标准差

3．2．2 均方值和均方根值

3．2．3 信号的偏斜度和峭度

3．2．4 信号处理中的无量纲指标

3．2．5 分贝表示法

3．3 信号的频域分析

3．3．1 FFT的校正算法

3．3．2 傅里叶变换与连续频谱

3．3．3 功率谱密度函数

3．3．4 倒频谱分析

3．3．5 振动信号的解调分析方法

3．3．6 振动信号的频谱细化分析

3．4 本章小结

4 振动信号的时频分析

4．1 短时傅里叶变换的基本理论

4．2 Wigner-Ville分布

4．2．1 Wigner-Ville分布的定义

4．2．2 Wigner-Ville分布的主要性质

4．2．3 Wigner-Ville分布的计算

4．3 经验模态分解法

4．3．1 瞬时频率

4．3．2 EMD的基本原理

4．3．3 基于EMD的Hilbert变换

4．4 EMD仿真分析

4．5 本章小结

5 冷却塔风机运行状态研究与故障分析

5．1 传感器及测试系统

5．1．2 传感器

5．1．2 采集仪器与处理系统

5．2 天津石化聚醚部30kW冷却塔风机运行状态诊断

5．2．1 冷却塔风机的参数

5．2．2 信号的采集与处理

5．3 天津石化200kW冷却塔风机运行状态分析诊断

5．3．1 200kW冷却塔风机现场情况

5．3．2 传感器及测试系统

5．3．3 信号的采集与分析

5．4 9.14m冷却塔风机振动测试分析

5．4．1 9.14m冷却塔风机机现状

5．4．2 传感器及测试系统

5．4．3 9.14m风机信号采集与分析

5．5 预防故障损失技术措施

5．6 本章小结

6 冷却塔风机节能自动控制系统

6．1 自动控制原理分析

6．1．1 变频控制原理

6．1．2 变频调速设置注意事项

6．2 硬件的选用及自动控制系统

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

9 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢