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水泥回转窑的监测技术

发表时间:2020-07-31 12:17
 

  水泥回转窑的监测技术 在生产过程中的安全问题一直是厂家关心关注的问题,一旦设备出 现故障将会带来不可预测的人力财力物力的损失,而我国水泥工业飞速 发展,5000t/d 新型干法水泥生产线及其以上规模已经成为主流,机械设 备大型化已经成为不争的事实。这些设备的安全高效运行已经成为水泥 企业效益的重要决定因素。避免这些设备随机性故障地发生已经成为水 泥企业关注的重点。单凭直觉的耳听、眼看、手摸的方式以及定期监测 方式、在线检测离线分析监测方式来监测水泥生产设备是否安全已经不 能满足现代水泥工业的需要,代替这种方式的是自动在线监测方式,其 既可避免设备突发性故障又无需专业人员现场操作。在线监测技术,着 重考虑的是预测设备的时间依存性故障和改变设备的维护方式。该技术 是在状态监测及故障分析基础上发展起来的,是实现以先进的预知维护 取代以时间为基础的预防性维护的关键技术。 1.旋转机械状态监测技术的发展 旋转机械状态监测技术的发展 1.1 发展历程 旋转机械是工业上应用最广泛的机械。许多大型旋转机械,如:离 心泵、电动机、发动机、发电机、压缩机、汽轮机、轧钢机、回转窑等, 都是工业企业的关键设备。近二十年来,我国的机械设备也朝着轻型化、 大型化、重载化和高度自动化等方向发展,出现了大量的强度、结构、 振动、噪声、可靠性,以及材料与工艺等问题,设备损坏事件时有发生, 如新疆某两支撑回转窑在 2008 年年初就发生了断裂事故。 大型旋转机械状态监测技术研究是国家重点的攻关项目,目的是提 高大型旋转机械的产品质量,减少突发性事故,避免重大经济损失。 20 世纪 50 年代,各种类型和性能的传感器和测振仪相继研制成功, 并开始应用于科学研究和工程实际。 20 世纪 60~70 年代,数字电路、电子计算机技术的发展、“信号数 字分析处理技术”的形成,推动了振动检测技术在机械设备上的应用。 20 世纪 70~80 年代,机械设备的状态监测与故障诊断技术在许多发 达国家开始研究。随着电子计算机技术、现代测试技术、信号处理技术、 信号识别技术与故障诊断技术等现代科学技术发展,机械设备的监测研 究跨入系统化的阶段,并把实验室的研究成果逐步推广到核能设备、动 力设备以及其它各种大型的成套机械设备中去, 进入了蓬勃发展的阶段。 20 世纪 90 年代以来,高档微机不断更新且价格迅速下降,适合数 字信号处理的计算方法不断优化,使数据处理速度大为提高,为在工业 现场直接应用状态监测技术创造了条件。 从技术发展过程看,现代监测技术已经从以传感器技术和动态测试 技术为基础,以信号处理技术为手段的常规技术阶段发展到人工智能技 术为设备监测和故障分析的智能化阶段。 1.2 发展趋势 机械设备运行状态的监测技术,已经从单凭直觉的耳听、眼看、手 摸,发展到采用现代测量技术、计算机技术和信号分析技术的先进的监 测技术,诸如超声波、声发射、红外测温等,层出不穷。人工智能、专 家系统、模糊数学等新兴学科在机械状态监测技术中也找到用武之地。 在机械动态信号分析方法和应用技术上,新近的发展有:采用空间 域滤波的预处理、 采用 Vold-Kalman 滤波的多轴阶比信号分析技术、 适 于非平稳信号的基于 Wigner-Ville 分布分析、小波(wavelet)变换方法、 混沌分析方法、智能?传感与检测技术、以及与 VXI 总线仪器平台相关 的技术等。 典型的状态监测方式主要有 3 种:离线定期监测方式、在线检测离 线分析的监测方式和自动在线监测方式。最先进的当然是自动在线监测 方式。该方式不仅能实现自动在线监测设备的工作状态,及时进行故障 预报,而且能实现在线地进行数据处理和分析判断;由于能根据专家经 验和有关准则进行智能化的比较和判断,中等文化水平的值班工作人员 经过短期培训后就能使用。该方式不需要人为更换测点,不仅不需要专 门的测试人员,也不需要专业技术人员参与分析和判断;但是软硬件的 研制工作量很大。随着人工智能理论的发展及其在实际中的应用、数据 处理软件的大量开发,旋转机械状态在线监测技术正向多目标、多层次 监测和网络化方向发展。 2.水泥工业旋转设备监测技术举例 水泥工业旋转设备监测技术举例 30 年来,水泥工业在世界范围内飞速发展,现代监测技术在水泥工 厂得到了广泛应用,尤其是工艺过程的监测和生产质量的控制,如采用 激光衍射原理,整合全自动取样和干法分散系统的工业在线粒度分析系 统;基于 x 射线 回转窑运行轴线的实时监测系统 回转窑是冶金、化工、建材等行业的关键设备,在低速、重载、高 温、露天环境下运行,其运行轴线是衡量其机械运行状态的重要指标, 由于温度、载荷引起的变形、支承零件磨损以及基础的不均匀沉陷等因 素,在运转过程中,回转窑的运行轴线会偏离理论轴线。当运行轴线mm 时,支承弯矩和筒体应力约增加 3 倍,托轮上的压力约增加 一倍。实际生产中,回转窑运行轴线mm。筒体应力增加,会使筒体过早产生疲劳裂纹,甚至因筒体应力 过大而引起筒体断裂;托轮压力增大,会导致托轮、滚圈表面出现点蚀、 掉渣、鳞片状脱落,楔状掉块,甚至发生托轮压裂、托轮轴扭断、烧瓦 等设备事故,对企业造成重大经济损失。 因此要保证回转窑的长期正常运转, 必须要保证窑运行轴线的准直。 回转窑运行轴线的测量可以分冷态测量和动态测量,冷态测量是指在停 车状况下,并且是待窑冷却后进行的,然而,当窑启动运转和烘烤升温 后,其尺寸会发生变化,因此目前运用较多的回转窑轴线测量系统是采 用动态测量。 为了检测回转窑的运行轴线偏差,国内外许多学者进行了有益的研 究和探索,目前比较成熟的测量系统有: (1).波兰首创了轮带位置测量系统; (2).丹麦 FLS 公司研制了激光轮带测量系统; (3).加拿大 Hartco 公司研究的筒体位置测定系统; (4).德国 polysius 公司提出的 Polscan 托轮位置测量系统; (5).中南大学研究提出了一种零位移方向键相测量法; (6).武汉理工大学在上世纪 80 年代末推出了成本低、操作方便, 适合国内回转窑用户使用的“KAS-01 回转窑轴线测量系统”并在此之后 不断进行改进,现在 KAS-3 型动态窑轴线检测装置已经研究开发成功, 该测量仪由一个直径测量传感器,一个霍尔接收开关,一个水平和垂直 方向上的激光位移传感器,一台经纬仪,一台水准仪和一个导轨尺及滑 标,一个周长采集器和一台计算机系统组成。该测量仪不但能直接测定 筒体或者轮带位置,还能自动测定轮带动态间隙以及筒体表面的温度。 2.2 回转窑筒体轮廓激光扫描测量系统 在窑的长期生产过程中,由于窑筒体变形会引起耐火砖脱落,而窑 体衬砖的脱落会引发“红窑”事故,如果不及时处理会烧穿筒体钢板,引 发重大事故。因此水泥生产企业迫切需要一种测量装置能够方便及时地 发现会发生耐火砖脱落的地方,从而避免损失,提高回转窑的运转率和 检修的质量标准。 对于回转窑的筒体轮廓测量装置,目前根据所查资料,国外测窑公 司有相关测量装置,但其造价昂贵,应用受到一定限制。国内几乎没有 研制出相关产品,其测量方法主要就是靠工程师的经验来判断哪里可能 会出现问题,此测量方法精度和效率都很低,容易引发事故,造成损失, 而由我国某名牌高校研制的回转窑筒体轮廓激光扫描测量系统,填补了 这一空白。 该系统具有以下优点: 新型远距离激光位移传感器, (1) 光电集成一 体化,无需外接控制器,抗异光干扰能力强;(2) 本系统可适应高温、多 尘、恶劣环境;(3) 基于 LabVIEW 的数据处理,界面直观,友好,既可 以查看筒体的截面图也可以查看展开图;(4)该系统为远距离测量,免去 了操作人员受高温的影响。但不见其在实时监测方面的报道。 旋转机械设备监测技术是以设备及其系统为对象, 建立在检测技术、 信号处理、识别理论、决策预报及计算机技术等多种现代学科成就基础 上的一门新学科,在设备安全运行、合理使用、适时维修、性能评价以 及产品质量控制上获得了广泛的应用, 并取得了明显的经济和社会效益。 为了满足现代水泥工业安全高效生产,科研人员开发了许多先进的旋转 设备状态监测系统,这些系统的推广应用,必然会提高我国水泥企业运 营和管理水平,实现设备的高效运转和促进企业的节能降耗工作。 目前我国的回转窑监测技术已经成熟,相信在水泥工艺的应用上会 给企业带来更大的效益。