液环泵工作状态监测系统的研究

2017年04月10日

液环泵工作状态监测系统的研究

 

  液环泵广泛应用于电力、石油、化工、冶金、消防等领域,其运行状态直接影响到整个机组的工作和安全性能,一旦发生故障,将造成重大经济损失甚至严重事故。根据液环泵安全可靠运行的需求,本文研究开发了一套液环泵工作在线监测及分析系统,能够实现对液环泵的温度、压力、流量、轴功率、转速、振动等性能参数的采集、处理、显示、存储、异常判断和故障报警,及时发现潜在的故障及其原因。通过液环泵的实验测试,验证了该监测系统的有效性及实用性。

  液环泵作为一种低真空泵,广泛应用于电力、石油、化工、冶金、消防等领域。液环泵的工作原理如图1 所示,偏心安装的叶轮按图中顺时针方向旋转时,泵内工作液受离心力作用在泵内形成一个液环。液环内表面与叶轮轮毂间形成的空间被叶轮叶片分割成若干个小腔体。在前半转,小腔体的容积逐渐增大形成真空从吸气口(黄色区域)吸入气体。在后半转,小腔体容积逐渐缩小,气体被压缩并由排气口(红色区域)排出。工作液除了形成液环作用外,还起到带走气体热能及密封间隙的作用。因此液环泵的热力过程近似为等温过程,适合抽送易燃易爆或温升容易引起分解的气体,常被用于真空蒸馏、煤矿瓦斯抽送等存在易燃易爆气体的场合,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为其安全运行监测和故障诊断具有重要意义。

液环泵工作原理图

图1 液环泵工作原理图

  国外关于液环泵在线监测和故障诊断的研究资料相对较少。国内相关的研究一般集中在故障机理的分析。例如王桂芹给出了液环泵在使用和维护过程中,影响性能的主要因素。宋子义、贾相福、向冬枝、解喆、李凤及王能秀等人分析了液环泵阀片断裂、泵体振动等常见的故障机理及解决措施。在液环泵故障诊断方面,季利平、翁旭霞对液环泵转子不平衡等故障振动信号频谱特征做了分析,并采用振动监测仪对液环泵的关键部位进行监测。李昱、王宣宇采用振动在线监测分析系统,对液环泵的运行状态进行连续监测,并将小波分析法引入到液环泵的故障诊断中。这些研究有助于发现液环泵工作中出现的故障,但也存在以下问题:(1)液环泵故障诊断方式多采用事后或定期检查,未能实时监测液环泵运行状态以消除潜在故障。(2)现有的液环泵振动监测系统功能不足,监测点少,且仅仅依靠振动信号判断液环泵的运行状态极易造成误诊或漏诊,诊断结论可信度低。

  鉴于上述情况,本文开展液环泵工作在线监测及故障诊断系统的研究开发,该系统具备以下功能:(1)性能参数的实时监测与记录:可实时采集和记录液环泵的温度、压力、流量、轴功率、转速、振动等参数。(2)数据库管理:对采集的参数进行存储查询,用图表方式给出数据。(3)趋势分析和故障预报:对液环泵监测参数的变化进行趋势分析和回归预测,实现设备异常及故障预报;当参数超出设定值时,发出报警信号。(4)人机交互与操作指南:提供人机交互界面和帮助文档,方便用户使用系统提供的功能、服务。(5)系统的可扩展性:硬件设计提供扩展通道,软件模块化,功能可方便扩展。

1、液环泵工作性能在线监测

  1.1、监测参数及监测点布置

  选取2BE1-203 型液环泵作为监测对象,该机组由电机、液环泵、进气管路、排气管路、供水管路、排水管路、进气三通、汽水分离器、底座等组成。液环泵性能参数多、数据量大,系统监测一方面要避免因监测点过多而使有价值的数据淹没在海量无用数据中,另一方面也要避免因测点过少而缺乏对故障诊断有价值的信息。根据液环泵有关的操作、测试规范和标准

来源:上海五久自动化设备有限公司
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