CN105738056A - 一种旋转机械振动故障模拟系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种旋转机械振动故障模拟系统，该模拟系统中集成设置有电机控制器、电机以及多个旋转机械，通过电机控制器调节电机的输入转矩和转速，可实现不同工况下的振动故障模拟。这样，当监测到实际运行的旋转机械出现异常情况时，可通过该模拟系统对旋转机械出现的故障进行模拟，然后在该模拟系统上提取诊断振动故障所需的数据及进行有关实验研究，从而大大减少了现有技术中，因长时间关闭旋转机械对生产造成的影响。

Description

一种旋转机械振动故障模拟系统

技术领域

本发明涉及机械力学技术领域，更具体的说，涉及一种旋转机械振动故障模拟系统。

背景技术

旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，是一种工业上应用较为广泛的机械。典型的旋转机械有燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等。旋转机械广泛应用于石化、电力、冶金、煤炭等行业。

旋转机械常见的故障为振动故障，振动故障包括不平衡、不对中、轴承损坏、共振等，过大的振动会导致旋转机械损坏，甚至需要停机检修，这样不但造成严重的经济损失，还会带来不良的社会影响。

目前，为保障旋转机械的安全运行，采取的主要措施是对振动故障进行及时诊断。当监测到旋转机械出现异常情况时，通过在该旋转机械上提取数据，并对数据进行分析、处理，实现对振动故障的诊断。由于大型旋转机械在生产中通常是连续运行的关键设备，因此，从该类旋转机械上直接提取数据并进行有关实验研究必将对生产造成很大影响。所以，如何提供一种旋转机械振动故障模拟系统实现对各种振动故障的模拟，减少由于长时间关闭旋转机械对生产造成的影响是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种旋转机械振动故障模拟系统，以实现对各种振动故障的模拟，减少由于长时间关闭旋转机械对生产造成的影响。

一种旋转机械振动故障模拟系统，包括：

基座(1)；

与所述基座(1)固定连接的电机基座(2)；

设置在所述电机基座(2)上的电机(3)；

设置在所述电机(3)的上端，用于调节所述电机(3)的输入转矩和转速的电机控制器(4)；

联轴器(7)；

通过所述联轴器(7)与所述电机(3)的电机轴连接的传动轴(9)，所述传动轴(9)的两端通过轴承座(8)支撑在所述基座(1)上；

沿着所述传动轴(9)的轴心且远离所述联轴器(7)的方向，与所述传动轴(9)同心，依次设置在所述基座(1)上的所述轴承座(8)、滚动轴承座(10)、滑动轴承座(13)、油膜振荡轴承座(16)、气蚀水泵(18)；

设置在所述滚动轴承座(10)和所述滑动轴承座(13)之间的转子(11)，所述转子(11)与所述传动轴(9)同心；

设置在所述电机轴与所述联轴器(7)之间的光电传感器座(6)，所述光电传感器座(6)与所述传动轴(9)同心且与所述基座(1)固定连接；

安装在所述油膜振荡轴承座(16)上的油膜振荡轴承(14)，所述油膜振荡轴承(14)与所述传动轴(9)同心；

设置在所述油膜振荡轴承(14)上端的油杯(17)。

优选的，还包括：

套设在所述油膜振荡轴承(14)上的油膜振荡轴套(15)。

优选的，还包括：

多个设置在所述基座(1)下端的橡胶隔振器(19)。

优选的，还包括：

保护罩(12)，所述保护罩(12)套设在所述联轴器(7)、所述轴承座(8)、所述传动轴(9)、所述滚动轴承座(10)、所述转子(11)、所述滑动轴承座(13)、所述油膜振荡轴承(14)、所述油膜振荡轴承座(16)和所述油杯(17)的外部。

优选的，所述传动轴(9)为可拆卸且可延伸传动轴。

优选的，所述光电传感器座(6)、所述轴承座(8)、所述滚动轴承座(10)、所述滑动轴承座(13)、所述油膜振荡轴承座(16)和所述气蚀水泵(18)均通过螺栓与所述基座(1)固定连接。

优选的，还包括：振动故障诊断装置；

所述振动故障诊断装置包括：

多个用于监测所述传动轴(9)振动位移的电涡流传感器(20)；

多个能够安装在所述轴承座(8)、所述滚动轴承座(10)、所述滑动轴承座(13)、油膜振荡轴承座(16)和所述气蚀水泵(18)上的振动加速度传感器(21)；

能够安装在所述光电传感器座(6)上的光电传感器(22)；

分别与所述电涡流传感器(20)、所述振动加速度传感器(21)和所述光电传感器(22)连接的电荷放大器(23)；

上位机(25)；

输入端与所述电荷放大器(23)连接，输出端与所述上位机(25)连接，用于将所述电荷放大器(23)输出的放大电信号输出至所述上位机(25)，使所述上位机(25)利用接收到的所述放大电信号进行振动故障诊断的数据采集卡(24)。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种旋转机械振动故障模拟系统，该模拟系统中集成设置有电机控制器、电机以及多个旋转机械，通过电机控制器调节电机的输入转矩和转速，可实现不同工况下的振动故障模拟。这样，当监测到实际运行的旋转机械出现异常情况时，可通过该模拟系统对旋转机械出现的故障进行模拟，然后在该模拟系统上提取诊断振动故障所需的数据及进行有关实验研究，从而大大减少了现有技术中，因长时间关闭旋转机械对生产造成的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种旋转机械振动故障模拟系统的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种旋转机械振动故障模拟系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种振动故障诊断装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种旋转机械振动故障模拟系统，以实现对各种振动故障的模拟，减少由于长时间关闭旋转机械对生产造成的影响。

参见图1，本发明实施例公开了一种旋转机械振动故障模拟系统的结构示意图，包括：

基座1、电机基座2、电机3、电机控制器4、光电传感器座6、联轴器7、轴承座8、传动轴9、滚动轴承座10、转子11、滑动轴承座13、油膜振荡轴承14、油膜振荡轴承座16、油杯17和气蚀水泵18；

其中：

电机基座2与基座1固定连接，电机基座2上设置有电机3，电机3的上端设置有电机控制器4，电机控制器4用于控制电机3转速；

传动轴9通过联轴器7与电机3的电机轴连接，传动轴9的两端通过轴承座8支撑在基座1上；

沿着传动轴9的轴心且远离联轴器7的方向，与传动轴9同心，在基座1上依次设置有轴承座8、滚动轴承座10、滑动轴承座13、油膜振荡轴承座16、气蚀水泵18；

转子11设置在滚动轴承座10和滑动轴承座13之间，且转子11与传动轴9同心；

光电传感器座6设置在电机轴与联轴器7之间，光电传感器座6与传动轴9同心且与基座1固定连接；

油膜振荡轴承14安装在油膜振荡轴承座16上，且油膜振荡轴承14与传动轴9同心，油杯17设置在油膜振荡轴承14上端。

本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统在实际使用时，电机控制器4通过调节电机3的输入转矩和转速，可实现不同工况下的振动故障模拟。

对本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统可以模拟的振动故障进行举例说明：

(1)单面转子不平衡模拟实验：通过在转子11的一侧增加配重块实现。

(2)双面转子不平衡模拟实验：通过在转子11的两侧添加配重块实现。

(3)模拟滚动轴承故障：在滚动轴承座10上安装滚动故障轴承实现。

(4)模拟滑动轴承故障：在滑动轴承座13上安装滑动故障轴承实现。

(5)模拟电机故障：将电机3更换成与需要诊断的电机相同故障的电机，然后利用模拟系统的振动信号进行故障诊断，判断电机的故障类型。

(6)气蚀现象模拟：电机3通过传动轴9驱动气蚀水泵18旋转吸水，然后通过电机控制器4调整电机3的转速，直至水泵腔内产生气蚀现象。

需要说明的是，本发明中的滚动轴承座10、滑动轴承座13和油膜振荡轴承座16可以同时运行，也就是说，本发明可以同时模拟滚动轴承故障、滑动轴承故障和油膜振荡现象。

其中，上述各实例均需要电机控制器4通过调节电机3的输入转矩和转速实现振动模拟，本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统并不局限于上述示出的实施例，本领域技术人员可以根据实际需要，调整所需的振动故障类型。

综上可以看出，本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统中集成设置有电机控制器4、电机3以及多个旋转机械，通过电机控制器4调节电机3的输入转矩和转速，可实现不同工况下的振动故障模拟。这样，当监测到实际运行的旋转机械出现异常情况时，可通过该模拟系统对旋转机械出现的故障进行模拟，然后在该模拟系统上提取诊断振动故障所需的数据及进行有关实验研究，从而大大减少了现有技术中，因长时间关闭旋转机械对生产造成的影响。

同时，本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统还可以用于在校师生和企业员工的教学实践和培训。

较优的，为方便在基座1上增加或是替换其它的需要测试的旋转部件，上述实施例中的传动轴9优选可拆卸且可延伸传动轴。

较优的，转子11和气蚀水泵18直接穿过传动轴9，以方便安装和拆卸。

为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明另一实施例公开的一种旋转机械振动故障模拟系统的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，还包括：油膜振荡轴套15；

油膜振荡轴套15套设在油膜振荡轴承14上，用于保护油膜振荡轴承14不受损坏。

其中，油膜振荡轴套15为金属材质。

需要说明的是，油膜振荡轴套15的内腔与油膜振荡轴承14的外圈相适配。

为进一步优化上述实施例，还包括：多个橡胶隔振器19，各橡胶隔振器19设置在基座1的下端，用于减少或是消除旋转机械振动故障模拟系统传递到放置旋转机械振动故障模拟系统的支撑面。

为进一步优化上述实施例，还包括：保护罩12；

保护罩12套设在联轴器7、轴承座8、传动轴9滚动轴承座10、转子11、滑动轴承座13、油膜振荡轴承14、油膜振荡轴承座16和油杯17的外部，用于保护套设在其内部的装置不受损坏。。

其中，上述实施例中，光电传感器座6、轴承座8、滚动轴承座10、滑动轴承座13、油膜振荡轴承座16和所述气蚀水泵18均可以通过螺栓与基座1固定连接。

为方便采集模拟振动故障时用于诊断的相关数据，以及进行相应的实验研究，本发明在上述实施例的基础上，还提供了振动故障诊断装置。

参见图3，本发明实施例公开的一种振动故障诊断装置的结构示意图，包括：多个电涡流传感器(20)、多个振动加速度传感器(21)、光电传感器(22)、电荷放大器(23)、数据采集卡(24)和上位机(25)；

其中：

电涡流传感器(20)是一种非接触的线性化计量工具，它能准确测量被测物体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

在实际使用时，将电涡流传感器(20)设置在传感器支架上，每个传感器支架上设置两个电涡流传感器(20)，水平设置一个电涡流传感器(20)，垂直设置一个电涡流传感器(20)，这两个电涡流传感器(20)共同监测传动轴9的振动位移，其中，传感器支架通过螺栓固定在基座1上，且不与设置在基座1上的任何部件接触，传感器支架具体可以设置在两个转子11的两边(图1和图2中均未示出传感器支架)。

振动加速度传感器(21)的数量可以为5只，在实际使用时能够安装于轴承座(8)、滚动轴承座(10)、滑动轴承座(13)、油膜振荡轴承座(16)和气蚀水泵(18)上，各轴承座及气蚀水泵(18)上安装的振动加速度传感器(21)的数量可依据实际需要而定，并不局限于一只。振动加速度传感器(21)用于监测及采集轴承和水泵的振动参数。

光电传感器(22)在实际使用时安装在光电传感器座6上，光电传感器(22)的具体安装位置可以参见图2中示出的光电传感器5。

电荷放大器(23)分别与电涡流传感器(20)、振动加速度传感器(21)和光电传感器(22)连接，用于对电涡流传感器(20)、振动加速度传感器(21)和光电传感器(22)输出的电信号进行放大。

数据采集卡(24)的输入端与电荷放大器(23)连接，数据采集卡(24)的输出端与上位机(25)连接，数据采集卡(24)用于将电荷放大器(23)输出的放大电信号输出至上位机(25)，使上位机(25)利用接收到的放大电信号进行振动故障诊断。

需要说明的是，上位机(25)内存储有各振动故障类型对应的数据，因此，上位机(25)利用接收到的放大电信号从预存储的各振动故障类型与数据的对应关系中，查找到放大电信号对应的振动故障类型。

需要说明的是，图3中仅示出一个电涡流传感器(20)和一个振动加速度传感器(21)。

综上可以看出，本发明提供的旋转机械振动故障模拟系统能够模拟各种振动故障，并通过振动故障诊断装置可以迅速判断出当前出现的具体故障类型，因此，对缩短机组故障治理实践，提升人员故障处理能力，节约成本，提高效益有重大作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，包括：

基座(1)；

与所述基座(1)固定连接的电机基座(2)；

设置在所述电机基座(2)上的电机(3)；

设置在所述电机(3)的上端，用于调节所述电机(3)的输入转矩和转速的电机控制器(4)；

联轴器(7)；

通过所述联轴器(7)与所述电机(3)的电机轴连接的传动轴(9)，所述传动轴(9)的两端通过轴承座(8)支撑在所述基座(1)上；

沿着所述传动轴(9)的轴心且远离所述联轴器(7)的方向，与所述传动轴(9)同心，依次设置在所述基座(1)上的所述轴承座(8)、滚动轴承座(10)、滑动轴承座(13)、油膜振荡轴承座(16)、气蚀水泵(18)；

设置在所述滚动轴承座(10)和所述滑动轴承座(13)之间的转子(11)，所述转子(11)与所述传动轴(9)同心；

设置在所述电机轴与所述联轴器(7)之间的光电传感器座(6)，所述光电传感器座(6)与所述传动轴(9)同心且与所述基座(1)固定连接；

安装在所述油膜振荡轴承座(16)上的油膜振荡轴承(14)，所述油膜振荡轴承(14)与所述传动轴(9)同心；

设置在所述油膜振荡轴承(14)上端的油杯(17)。

2.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，还包括：

套设在所述油膜振荡轴承(14)上的油膜振荡轴套(15)。

3.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，还包括：

多个设置在所述基座(1)下端的橡胶隔振器(19)。

4.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，还包括：

保护罩(12)，所述保护罩(12)套设在所述联轴器(7)、所述轴承座(8)、所述传动轴(9)、所述滚动轴承座(10)、所述转子(11)、所述滑动轴承座(13)、所述油膜振荡轴承(14)、所述油膜振荡轴承座(16)和所述油杯(17)的外部。

5.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，所述传动轴(9)为可拆卸且可延伸传动轴。

6.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，所述光电传感器座(6)、所述轴承座(8)、所述滚动轴承座(10)、所述滑动轴承座(13)、所述油膜振荡轴承座(16)和所述气蚀水泵(18)均通过螺栓与所述基座(1)固定连接。

7.根据权利要求1所述的旋转机械振动故障模拟系统，其特征在于，还包括：振动故障诊断装置；

所述振动故障诊断装置包括：

多个用于监测所述传动轴(9)振动位移的电涡流传感器(20)；

多个能够安装在所述轴承座(8)、所述滚动轴承座(10)、所述滑动轴承座(13)、油膜振荡轴承座(16)和所述气蚀水泵(18)上的振动加速度传感器(21)；

能够安装在所述光电传感器座(6)上的光电传感器(22)；

分别与所述电涡流传感器(20)、所述振动加速度传感器(21)和所述光电传感器(22)连接的电荷放大器(23)；

上位机(25)；

输入端与所述电荷放大器(23)连接，输出端与所述上位机(25)连接，用于将所述电荷放大器(23)输出的放大电信号输出至所述上位机(25)，使所述上位机(25)利用接收到的所述放大电信号进行振动故障诊断的数据采集卡(24)。