1、 工业循环水 200KW 冷却塔风机新型故障预警系统技术分析摘 要 ：在研究 200KW 冷却塔风机机械结构及运行过程的基础上，分析出冷却塔风机易发生故障的位置；同时针对各故障点分别提出了一种新型的故障监测方法采用 PLC200 作为核心控制器，并以上位机作为远程操作模式，对风机现场的运行状态进行实时远程监控。该系统经过实践后，运行平稳，达到了对冷却塔风机故障预警的目的。关键词：冷却塔风机；故障；监测方法；远程监控中 图 分 类 号 :TP29 文 献 标 识 码 :A 工 业 循 环 水 系 统 中 常 采 用 冷 却 塔 风 机 作 为 冷 却 装 置 。 它 的 作 用 是 通 过 叶
2、片 旋 转 产 生 的空 气 流 ， 使 在 冷 却 塔 内 喷 淋 的 工 业 热 循 环 水 与 冷 空 气 直 接 接 触 ， 通 过 空 气 冷 却 将 热 循 环 水携 带 的 热 量 散 发 到 空 气 中 去 ， 来 达 到 热 水 的 强 制 冷 却 和 工 业 循 环 使 用 的 目 的 1 。本 文 通 过 对 冷 却 塔 风 机 故 障 机 理 和 监 控 方 法 进 行 研 究 ， 针 对 容 易 造 成 重 大 安 全 事 故 的叶 片 故 障 、 传 动 轴 故 障 、 减 速 器 故 障 和 电 机 故 障 ， 分 别 提 出 了 一 种 新 的 安 全 可 靠
3、、 适 用于 工 程 应 用 的 监 测 方 法 ， 并 采 用 PLC 作 为 控 制 器 ， 通 过 RS485 通 讯 方 式 进 行 远 程 实 时 监控 ， 在 事 故 即 将 发 生 时 诊 断 出 故 障 位 置 ， 亦 即 在 冷 却 塔 风 机 运 行 过 程 中 对 其 运 行 状 态 及 时准 确 判 断 并 报 警 停 机 。1 冷 却 塔 风 机 的 机 械 结 构 及 故 障 分 析1.1 冷 却 塔 风 机 的 机 械 结 构200KW 冷 却 塔 风 机 是 一 种 抽 风 式 风 机 ， 冷 却 塔 风 机 的 传 动 方 式 是 将 电 动 机 布 置 在
4、塔 外 ，通 过 细 长 传 动 轴 与 风 机 减 速 器 相 联 ， 减 速 器 采 用 圆 锥 齿 轮 和 圆 柱 斜 齿 轮 进 行 传 动 ， 使 叶 片以 额 定 的 速 度 进 行 旋 转 。 冷 却 塔 风 机 结 构 如 图 。图 1 冷 却 塔 风 机 结 构 示 意 图1、 叶 片 2、 轮 毂 3、 风 冒 4、 减 速 器 5、 传 动 轴 6、 润 滑 油 管 7、 电 动 机 8、 电 动 机 座 9、 支 撑 架 10、 减 速 器 座 11、 风 筒功率 200KW电机转速 1488r/min转速 127r/min安装角度 12叶片数量 8传动轴 轴长 390
5、4mm减速机 减速比 11.7表 1 200KW 冷 却 塔 风 机 参 数1.2 冷 却 塔 风 机 的 故 障 分 析叶片故障分析：叶片由高强度环氧树脂或聚氨酯玻璃钢模压而成。图 2 叶 片 断 裂 情 况 图 3 传 动 轴 甩 出 造 成 重 大 事 故 的 事 故 现 场 情 况分析叶片断口，叶片断裂部位普遍位于叶片根端和叶片前缘，且发现有个别叶片的断口圆周有明显的陈旧裂纹痕迹，其他的断口圆周均是崭新的裂口。这说明裂痕的叶片突然发生断裂后，又打断了其它正常运行的叶片，造成叶片断裂甩出。传动轴故障分析：目前，风机直径为4.7米及以上的冷却塔风机的机械传动系统均采用较长的传动轴来传动力矩
6、。细长的传动轴拥有了潜在的不平衡惯量。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事故。减速器故障分析：通过冷却塔风机齿轮失效的弹性流体润滑分析 2 可以得知：轮齿间的润滑不良是造成断齿和齿面点蚀的主要原因。电机故障分析：当冷却塔风机的叶片、传动轴、减速器或滚动轴承等发生机械故障时，会造成电机负载突然增加，电机电流会突然增大等现象。2 新 型 的 故 障 监 测 方 法2.1 叶 片 故 障 监 测 法理论上，叶片尖端之间的弧长均为 ，当叶片不发生变形时，叶片尖端之间的时间差s t是一个常量 3 。图 4 叶 片 偏 移 及 传 感 器 布 局 示 意 图 图 5 传 动
7、 轴 故 障 监 测 传 感 器 布 置 图工作原理是安装于叶片外侧的非接触式传感器会定时接收到与叶片数量相同的脉冲信号，而产生的脉冲信号会有一个固定的时间差（在此设定为 ） ，如上图所示，其大小由下t式计算：60Rtmn式 中 为 风 机 直 径 ， 为 叶 片 数 量 。Rm当叶片发生变形时，两叶片尖端之间时间差将变为 ，预设 超过所设定的tt阈值 时，停机并报警。T2.2 传 动 轴 故 障 监 测 法工作原理是在靠近减速器端的联轴器两半联轴器的法兰外圆周面上放置两个同型号的信号发生器，靠近信号发生器的位置固定两个非接触式的传感器（静止不动） 。在风机正常工作时，其传动轴的转速n是一个定
8、值。因为其径向对应的固定距离为S，所以两个非接触式传感器接收到的信号会产生一个固定的信号接收时间差t，其大小由以下式计算：60/tSDn式 中 D为 联 轴 器 外 轮 廓 直 径 。当两半联轴器变形时，传感器接受信号的时间差将变为 ，同时预设 超过tt所设定的阈值 时，停机并报警。T3 远程监控系统设计3.1 硬 件 设 计PLC控制系统的设计，采用RS485总线实现上、下位机之间的通讯和以太网实现上、下位机之间的通讯，该监控系统通过工业以太网传送给工厂实时数据库服务器，以C/S或B/S模式，使生产管理的各个部门能够及时掌握风机的工作状态，缩短风机故障的处理时间，提高工作效率。图 6 冷 却
9、 塔 风 机 监 控 系 统 硬 件 组 图 图 7 实 时 监 控 界 面预警系统监控界面包括冷却塔风机运行模拟动画、叶片运行状态、传动轴运行状态、减速器油位状态、减速器油温参数、电机电流参数等。如果系统运行正常，状态指示灯为绿色，一旦出现异常，状态指示灯则变为红色，并报警停机。3.2 软 件 设 计冷却塔风机各关键部位故障远程监测系统程序流程图如下图所示。首先，对整个监控系统上电，启动风机；当风机正常运行后，冷却塔风机PLC监控系统延时50s，因为风机在刚启动时，处于加速过程，有一些不稳定因素存在。PLC系统延时50s后，系统正式进入监控状态；根据提前设定好的PLC程序，PLC监控系统将实
10、时监测叶片运行状态、传动轴运行状态、减速器油温状态、减速器油位状态、电机电流状态。图 8 程 序 设 计 流 程 图4 结 束 语本文在分析掌握了冷却塔风机故障机理后，针对各故障点分别提出了一种新型的监测方法；采用PLC200作为核心控制器，并以上位机作为远程操作模式，对风机现场的运行状态进行实时远程监控。经过在石化工厂的实际应用，该监控系统运行稳定，能对各易发故障点进行预警并报警，达到了预期目的。参 考 文 献 : 1 李 奕 凉 水 塔 风 机 网 络 化 在 线 监 测 与 故 障 诊 断 系 统 研 究 J 石 油 化 工 设 备 技术 2002， 21（ 8） ： 45 462 陈 建 平 ， 霍 立 新 .冷 却 塔 风 机 齿 轮 失 效 的 弹 性 流 体 润 滑 分 析 J.机 械 设 计 与 制造 ， 2012， 05（ 2） 150-1523 陈 建 平 ， 董 伟 .冷 却 塔 风 机 叶 片 运 行 状 态 监 测 技 术 研 究 J.计 算 机 工 程 与 应用 ， 2011， 43（ 2） 22-25
