循环水冷却塔风机传动轴故障监测技术研究

王嘉兰　朱庆龙（重庆天然气净化总厂渠县分厂,四川　达州　635200）

摘要：传动轴是循环水冷却塔风机最为关键的部件，但受制造、安装不当等因素的影响，极易出现故障，甚至会引起安全事故。本文分析了循环水冷却塔风机传动轴故障的原因，重点探讨了此故障的监测技术，包括监控系统的组成、原理及软件设计等，旨在提前预判传动轴故障，确保循环水冷却塔风机安全、平稳、长周期运行。

关键词：循环水冷却塔风机；传动轴；故障；监测技术

随着社会经济的快速发展，石油、化工、电力等行业运营成效显著增加，而在天然气净化领域发展过程中，循环水系统有着不可替代的地位，循环水冷却塔风机作为其重中之重的设备，直接关系着整个天然气净化装置的有序性与安全性运行。根据实践可知，循环水冷却塔风机传动轴故障频发，在细长振动、不均衡惯量等因素影响下，极易出现转动轴甩出，造成相关设备损坏及人员伤亡等问题，不仅会影响企业正常生产，还会造成一定的经济损失。为了避免上述问题的出现，本文探讨了传动轴故障监测技术，在先进技术支持下，实现在线、实时监测，进而为企业安全、可靠与有效生产提供有力保障。

近年来，循环水冷却塔风机传动轴故障频发，通过调查与探讨，明确了故障成因。最为常见的故障类型便是传动轴甩出，它主要是由减速箱端联轴器螺栓断裂而引起的。

通过对断裂的螺栓分析可知，其断面具有平整性，属于脆性断裂，基本无塑性变形。对于联轴器螺栓而言，其选用材料均拥有良好的塑性，通常情况下，此类材料在较大应力作用下，其会出现一定的塑性变形，但断裂螺栓未出现此现象，此结果显示该断裂问题不是因大应力而导致的，可能是受小应力的作用，从而出现的疲劳断裂，同时，螺栓断裂也具有疲劳断裂的特点，即：突然性与时间性。

与此同时，对联轴器进行观察，其法兰孔的变形情况较为严重，由于孔径受挤压、摩擦等因素的影响，而逐渐扩大，在螺栓出现断裂后，联轴器将出现不同程度的偏移或偏角，此时风机持续旋转，在不平衡惯量与冲击影响下，从而使螺栓孔出现了变形，而变形扩大进一步增加了不平衡惯量与冲击，在恶性循环下，螺栓超过了其屈服极限，随之出现了断裂问题，同时联轴器的分离，导致了传动轴甩出[1]。

2.1　监测方法

在明确传动轴故障成因基础上，相关学者对联动轴螺栓实时监测展开了研究，通过检测，以此掌握联动轴螺栓的变形或断裂情况，一旦出现异常或危险，可通过警报或停机等方式，以此避免传动轴甩出问题的发生。但对于联轴器和螺栓而言，二者紧密联系，难以实现准确监测螺栓运行情况，因此，上述研究缺少实效性与合理性。但国内学者未能停止探索的步伐，通过钻研与探索，对联轴器法兰孔及螺栓给予了关注，如果对后者的塑性变形及前者的位移进行实时监测，通过警报停机，将减少传动轴甩出事故发生几率。

2.2　监控系统(www.xing528.com)

通过对文献查阅，在相关思想指导下，设计了传动轴故障监测系统，即：对联动轴的位移展开实时监测，如果位移量接近或超过设定值，则发出警报。此系统的构成如下：循环水冷却塔风机传动轴故障监测系统作为非接触式系统，其下位机主要是由数字量输入与输出模块、通讯模块、PLC模块、模拟量输入与输出模块构成的，其中模拟量输入模块的功能具有丰富性，如：监测传动轴故障、监测循环水冷却塔水温度及减速箱温度等；其上位机为WinCC组态软件，通过与下位机的通讯，从而保证了远程实时监控目标的达成[2]。

此监测系统的工作原理如下：在减速箱端的两个联轴器法兰孔上放置两个信号发生器，其与联动轴旋转具有同步性与一致性，同时在信号发生器上放置两个信号采集传感器，当风机运行时，传动轴开始旋转，脉冲信号采集为1次/周，如果风机运行正常，则可获得两个信号，并且二者保持固定时间差，而如果出现异常，即：法兰孔扩大、螺栓塑性变形，此时信号间的时间差将增大，如果此数值超过设定值，系统则会发出警报，如果未能及时处理，也可自动控制停机。

2.3　PLC软件

循环水冷却塔风机传动轴故障监测系统中PLC软件编程较为重要，PLC可结合输入状态及运行频率，以此控制循环水冷却塔风机的启动，在实际编程时，设置了延时时间，待风机启动后，如果超过此时间，便开始监测，从而提高了风机运行的有序性、稳定性与安全性。此系统具体的监测点有叶片故障、减速器油温及油位、传动轴故障、电机电流与转速等，如果运行过程中出现异常，则会发出警报，在工作人员未给予处理情况下，则会发出停机命令，在此基础上，保证了设备及人员安全，减少了事故出现，保障了企业效益[3]。经实践检验，此系统具有简便性、经济性与有效性，值得推广。

综上所述，循环水冷却塔风机作为循环系统的重要组成设备，其传动轴故障危害严峻，为了有效解决此问题，本文分析了循环水冷却塔风机传动轴故障的成因，重点阐述了其故障监测技术，在相关文献资料及研究成果指导下，借助PLC技术，设计出非接触式监控系统，其具有操作简便、造价低廉、处理有效等优点，因此，应对其给予积极的推广。相信，各企业借助先进的故障监测系统，各类故障发生几率将大幅度降低，进而企业生产综合效益将更加显著。

参考文献：

[1]李晨光,陈建平,于乐,董伟.冷却塔风机传动轴故障监测技术研究[J].河北工业科技,2014,31（01）:1-4.

[2]李德刚.循环水冷却塔风机网络化在线监测与故障诊断系统研究[D].湖南大学,2001.

[3]陈建平,施晓宽,陈军霞.冷却塔风机传动轴故障监测方法研究[N].天津工业大学学报,2012,31（03）:65-67.