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冷却塔振动控制监测方案
Monitoring & Vibration Control of Cooling Tower
By CNMEC Technology dated Sep 9,2019
冷却塔和风机广泛用于冷却工艺用水，以便发电站、炼油厂和石油化工厂能够重复使用水资源，属于关键设备。冷却塔利用冷却液的蒸发来散热。液体在塔顶释放，向下流过一系列通风架。风机通过架子和落下的水吸入新鲜空气。空气冷却液体，同时进行采集和过滤，并返回到输送系统以吸收更多的热量。
变动的负载和大型旋转风机叶片只是冷却塔机械部件应力和性能下降的两个原因。振动产生的原因主要有以下几点可能：
1、风机叶片角度误差。各叶片安装时的角度误差过大，会造成各叶片迎风面的差异，叶片所受的载荷不同，造成风机振动。
2、叶片不平衡。此冷却塔风机叶片为玻璃钢材质，中腹为空心，完工后进行力矩称重，因为是手工工艺形成，质量南面存在一定的误差，力矩称重后，不平衡量虽有减少，但无法消除，仍存在一定的不平衡量，运转时就会产生振动。
3、传动轴动平衡误差。传动轴为高速运转部件，转速为980r/min，制造时，传动轴的动平衡如果校正得不好或精度不高，必然会影响风机的稳定性，造成振动偏大。
4、传动轴、联轴器安装同轴度低。因为传动轴为齿轮链条连接，通过调心轴承、齿轮链条分别与电机和减速器进行连接，如果同轴度不好，会使电机输出轴和减速器输入轴处于不同的轴线上，产生偏心，使冷却塔风机运行时振动偏大。
5、传动轴弯曲。传动轴弯曲同样会造成风机振动，由于风机传动轴较长，材质又为薄壁钢管，当传动轴弯曲时，运转过程会产生不平衡力矩，从而使风机产生振动。
6、钢架锈蚀严重，焊缝开裂。钢结构冷却塔支柱与横梁之间采用焊接工艺连接，构成一个钢性结构体，如部分钢架锈蚀，焊缝开裂，整个钢架晃动较大，便会产生振动。
7、风机、电机支柱结构强度不足。冷却塔风机、电机直接安放在钢质支柱之上，如果支柱强度不足，运转时会产生晃动，造成冷却塔振动过大。
8、减速箱精度误差。减速箱齿轮运转过程出现断齿、严重点蚀，齿合间隙过大，轴承损坏均会造成风机运转时振动增大。经过初步分析，首先消除安全隐患，然后遵循由易到难的原则，进行处理。
9、另一种可能就是塔体基座不平衡，导致动力系统不平衡而产生的振动。
振动开关有助于识别潜在问题，计划维修并防止意外停机。
冷却塔通常配备交流电机，其长轴连接至驱动风机的直角齿轮箱。风机及其驱动部件比冷却塔中的任何部件都更容易受到磨损。它们在不同的负载条件下运行，通常仅在峰值负载下短暂运行，但长期受到不同的应力影响。因此，机械部件的性能会下降，从而导致故障。此外，与其他旋转设备一样，轴承和齿轮也会出现故障，驱动轴未对中和振动变大也是十分常见的问题。
不仅如此，塔内机械性能和状况预测信息也同样缺乏。振动监测是“倾听”故障的一大关键方法。定期进行手动测量是最常用的振动监测方法。
定期检查可提前检测到许多故障，由接受过培训的分析师审查数据；但这仍无法避免工厂出现意外停机的情况（约为十分之一），这对设备可用性和工厂盈利能力造成严重影响。
通常，当冷却塔投入生产时，因其自身设计原因，维护人员无法触及，也就无法采集齿轮箱状态信息。这也就是说，在长时间运行期间很可能不会发现潜在的故障。
由于在冷却塔运行时难以接近齿轮箱，因此振动数据分析通常仅针对电机。这限制了整个设备的可用信息，也无法提供设备状况的准确情况。由于诊断数据有限，工厂很难分析出根本原因；而数据不完整使维护计划的制定更是步履维艰，尤其当您必须考虑备件的生产周期、预算、批准和订购时，这无疑雪上加霜。
由于冷却塔只有在停机时才能进行维护，所以能够提前预测即将发生的故障至关重要。有了这些数据就可以安排维护工作，同时避免了对生产产生重大影响的意外停机。
在线监测
在线监测可以持续监测振动数据，从而消除定期检查之间不被注意的问题。该信息可以进行保存，以供维护部门和控制室操作员使用。尽管在线监测解决方案可以确定冷却塔的状态，但仍有许多方面不在监测范围内。这主要因为改装设备并增加监测系统的成本过高。但无线技术可以解决这一顾虑，它提供具备成本效益的解决方案。无线监测能够降低或减少工程、开槽和布线成本，实现连续监测。它还可以从没有电缆连接的基础设施处获得测量结果。精心设计的无线基础设施经济高效，易于扩展且易于配置，可以无缝集成到现有的控制和设备管理网络中。
摩菲Murphy振动开关产品介绍：
 最新产品：Murphy EVS-2电子式振动开关
EVS 系列电子式振动开关 Electronic vibration switch with advance warning
VS2 Series 机械式振动开关 Shock and vibration switch
VS2-EX 系列防爆型振动开关
VS94系列机械式振动开关 Shock and vibration control switch
CSS Series – The Eex-d-IIC-T6 ShockSwitch
振动开关在空冷岛空冷风机控制系统应用说明
连续的机械状态信息
如果能够连续获得有关机械状况的信息，就能在故障发生前进行检测。
艾默生智能无线解决方案包含 AMS 9420 无线振动变送器，可以深入了解冷却塔齿轮箱和电机的运行状况。无需额外布线即可安装 AMS 9420，并对机械组件的性能进行实时预测诊断。振动数据可通过智能无线网络传输，消除了安装电缆的额外成本。
艾默生 AMS 9420 无线振动变送器
系统可将振动数据与警报级别相比较，在设备状况恶化时提供警报通知，以及发现问题的根本原因。可将趋势值与适当的警报级别进行比较，以通知操作员齿轮箱或电机状况恶化，并帮助分析根本原因。通过高分辨率频谱和波形数据访问更详细的信息。
轴承受损通常是因为冷却塔齿轮箱和电机设备发生故障。由于冷却塔轴承承受了应力，所以轴承缺陷会快速恶化并产生摩擦，进而导致损坏和故障。
艾默生 PeakVue 技术采用整体振动和温度测量来及早识别轴承故障，可以有效防止对设备造成额外损坏。用户通过使用 PeakVue? 技术，可以分离应力波与整体振动数据，以便及早识别轴承和齿轮箱的磨损。
关键设备监测
无线还可以采集多种类型的数据，这有助于全面了解冷却塔的状况。例如，随着冷却水蒸发损失，杂质浓度增加。杂质水平过高会积累水垢。无线电导率变送器可提供杂质浓度指示，以调节排污率。高性能流量测量可为冷却塔运行提供宝贵建议。冷却水供应和回流可以指示冷却塔性能，还能指示相关泵是否存在问题。无线 DP 流量计可用于支持额外的流量测量。准确、可靠的温度测量有助于确定冷却塔和风机的传热效率。无线温度变送器是这种高性能应用的理想选择，并能够以较低的安装成本优化冷却塔。
案例。
化工厂冷却塔监测
葡萄牙一家石化工厂目前正采用无线振动监测来识别冷却塔风机和泵的潜在问题。该工厂的冷却塔装置有九个单元，所有单元都包含电机、风机、齿轮箱，以及八个水泵。
该装置对于生产过程和辅助系统都非常重要，并且十分灵活，可以按需确定所需的装置数量。
冷却塔单元内的泵和风机未连接到在线监测系统。为了获得振动数据，每两周要使用便携式手持设备进行手动读数，并离线分析数据。监测风机十分困难，维护团队在运行时无法接近这一装置。
该公司决定安装一个自动状态监测系统，以克服这些限制。系统将在预定义的时间间隔内采集数据，并提供整个频谱、总振动和峰值振动值，以帮助识别潜在的故障。已经考虑过使用有线或无线监测解决方案，或两者混合使用，但新布线所需的成本和时间过高。
通过比较不同系统，该公司选择了艾默生无线振动监测解决方案。在计划停机期间，为各个装置的八台风机和九台泵（共计51个）每台设备安装了三个振动传感器，并将34个艾默生 AMS 9420 无线振动变送器（每个风机/泵两个）连接至传感器。
来自无线变送器的数据通过网关发送到现有 DCS，这样控制室中的操作员就能查看设备的整体振动和 PeakVue? 值。操作员通过设定报警值能够收到潜在设备问题的警报，从而安排维护团队执行检查和必要的维修。操作员还可以收到无线系统状态数据、通信和一般系统故障警报，以及低电池寿命警报。
公司现在拥有更多且更重要的数据，能够通过控制室更好地了解冷却塔设备的健康状况。
信德迈公司美国摩菲Murphy振动开关国内客户列表：
美国SPX（斯必克）冷却技术公司
德国基伊埃（GEA）
德国基伊埃电力冷却技术(中国)有限公司
豪顿华工程有限公司Howden
荏原机械（中国）有限公司Ebara
北京龙源冷却技术有限公司
北京首航艾启威节能技术股份有限公司IHW
首航波纹管制造有限公司
首航艾启威冷却技术(北京)有限公司
瑞士艾启威（IHW）联合设计集团
江苏双良空调设备股份有限公司
哈尔滨空调设备股份有限公司
保定惠阳航空螺旋桨制造厂
石家庄红叶风机有限公司
上海神风制冷设备有限公司
陕西四达散热器有限公司
江苏中联风能机械有限公司
浙江明新风机有限公司
山西捷益热能设备有限公司
山西申华电站设备有限公司、
（兰州石油机械研究所）甘肃蓝科石化设备有限责任公司
四川川空换热器有限公司、
山西科工龙盛科技有限公司
内蒙古的金岛重工有限公司
中国航天科工集团第六研究院国营红岗机械厂
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