CN107643485A - 一种自供电的旋转设备状态监测装置 - Google Patents

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王世强
刘全桢
肖睿
张云朋
胡海燕
张婷婷
刘英杰
高鑫
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Abstract

本发明涉及一种自供电的旋转设备状态监测装置，主要解决现有技术中供电电缆敷设工作量大、施工繁琐、电池供电续航时间短的问题。本发明采用一种自供电的旋转设备状态监测装置，由电能产生单元(3)、监测单元(4)、温度振动一体传感器(5)及相关电源线、信号传输线组成，电能产生单元(3)由发电模块、整流滤波模块及定子绕组中心高度调整机构组成，通过电动机驱动端轴的旋转和电磁感应原理实现发电，并由整流滤波模块变换成稳定的直流电压，为监测单元(4)供电的技术方案较好地解决了该问题，可用于旋转设备状态监测中。

Description

一种自供电的旋转设备状态监测装置
技术领域
本发明涉及一种自供电的旋转设备状态监测装置。
技术背景
电动机、泵等旋转设备是广泛应用于煤炭矿山、石油化工、电力生产等基础行业，在生产过程中发挥着重要的作用。由于旋转设备自身结构复杂，运行条件一般比较恶劣，在各种设备中故障率较高，其运行状态好坏直接关系到企业生产的连续性及安全性。因此，对电动机、泵等旋转设备的振动、温度等运行参数开展在线监测和故障诊断对于保障设备可靠和生产安全极为重要，具有很强的必要性。
目前，安装在旋转设备上的状态监测装置根据供电方式主要可分为两类，一类是通过现场布设电缆的方式提供电能，即有线供电；另一类是通过内置电池提供电能，即电池供电。有线供电可以提供稳定、充足的电能，但缺点也是明显的，就是需要在现场额外布置线缆，导致施工繁琐，安装工作量大，也易带来额外的安全隐患。电池供电可以省去现场布线的工作，使现场更为简洁，安装方便，但电池供电电能有限，电池续航能力不足，长期稳定性较差。基于这种现状，设计一种安装便捷、具有自发电功能的旋转设备状态监测装置，既免去现场布线的繁琐，又可提供充足持续的电能，实现连续、在线、长期监测旋转设备的运行状态。
发明内容
本发明主要解决现有技术中供电电缆敷设工作量大、施工繁琐、电池供电续航时间短的问题，提供一种新的自供电的旋转设备状态监测装置，该装置具有供电电缆敷设工作量小、施工简单、电池供电续航时间长的优点。
本发明采用的技术方案如下：一种自供电的旋转设备状态监测装置，包括电能产生单元(3)、监测单元(4)、温度振动一体传感器(5)及电源线、信号传输线，电能产生单元(3)由发电模块、整流滤波模块及定子绕组中心高度调整机构组成，通过电动机驱动端轴的旋转和电磁感应原理实现发电，并由整流滤波模块变换成稳定的直流电压，为监测单元(4)供电，监测单元(4)具有电能管理、数据采集与处理、数据无线传输、结果显示功能，实现实时采集温度振动一体传感器(5)的信号，经过处理后进行显示和无线传输，温度振动一体传感器(5)根据需要安装在电动机(1)、泵(2)旋转设备的待监测部位；所述发电模块包括定子绕组(7)和固定在电动机驱动轴(9)上的永磁材质转子(8)，通过电磁感应原理在定子绕组(7)产生的电压信号通过整流滤波模块转换为稳定的直流电压，并经过电源输出端子(10)和电源线(6)为监测单元(4)供电；监测单元(4)由核心控制板、电池模块、显示模块和无线传输模块组成，核心控制板具有温度和振动参数的采集与处理、电能管理的功能，电池模块是监测单元(4)的后备电源，并由电能产生单元(3)充电，显示模块可以显示采集的温度和振动参数，无线传输模块实现温度振动数据的无线远传。
上述技术方案中，优选地，所述监测单元(4)和传感器(5)均设计有强磁吸附底座，强磁材料选用钕铁硼磁铁，通过强磁吸附将监测单元(4)和传感器(5)固定在旋转设备的金属外壳上，传感器(5)采用胶粘和强磁吸附两种方式强化固定安装。
上述技术方案中，优选地，所述电能产生单元(3)安装在电动机的驱动轴(9)上，电能产生单元的转子(8)选用永磁材质，均匀分布在驱动轴(9)圆周，电能产生单元(3)设计有定子绕组中心高度调整机构，使定子绕组(7)与驱动轴(9)轴心对齐。
上述技术方案中，优选地，所述电能产生单元(3)的定子绕组(7)根据电机转速不同，输出电压经过整流滤波过程后转换为12V到24V的直流电压，经过电源输出端子(10)和电源线(6)提供给监测单元(4)，每个电能产生单元(3)提供不少于2个电源输出端子(10)。
上述技术方案中，优选地，所述监测单元(4)外壳采用不锈钢或铝合金材质，监测单元(4)电源接口的输入电压下限不高于12V，上限不低于24V，数据输入端子不少于2个，现场显示模块交替或同时显示温度参数、振动参数，无线传输模块采用Zigbee方式或433MHz频段，监测单元(4)设计有可充电电池模块作为后备电源。
本发明通过旋转设备的转动轴和电磁感应的原理实现了现场发电供电，为旋转设备状态监测装置提供持续、充足的电能，保障状态监测装置对旋转设备振动、温度等参数的实时、在线监测，监测数据可以现场显示，也可以通过无线传输模块实现数据远传。同时该装置的监测单元和传感器具有强磁底座结构，实现磁吸附固定，安装便捷。由于设计了电能产生单元(3)，为整个监测装置提供了持续、充足的电能，保障了监测装置长期、在线、稳定地监测旋转设备运行状态，并具有数据现场显示、无线传输和强磁吸附固定等功能，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述一种自供电的旋转设备状态监测装置安装示意图。
图1中：1为电动机；2为泵；3为电能产生单元；4为监测单元；5为传感器；6为电源线。
图2为本发明所述一种自供电的旋转设备状态监测装置的系统功能框图。
图2中：3为电能产生单元；4为监测单元；5为传感器。
图3为本发明所述一种自供电的旋转设备状态监测装置的电能产生单元安装及结构图。
图3中：7为定子绕组；8为转子；9为驱动轴；10为电源输出端子。
图4为实施例2配图。
图4中：1为电动机；2为泵；3为电能产生单元；4为监测单元；5为传感器；6为电源线。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
如图1所示，，一种自供电的旋转设备状态监测装置，包括电能产生单元(3)、监测单元(4)、温度振动一体传感器(5)及电源线、信号传输线，电能产生单元(3)由发电模块和整流滤波模块组成，通过电动机驱动端轴的旋转和电磁感应原理实现发电，并由整流滤波模块变换成稳定的直流电压，为监测单元(4)供电，监测单元(4)具有电能管理、数据采集与处理、数据无线传输、结果显示功能，实现实时采集温度振动一体传感器(5)的信号，经过处理后进行显示和无线传输，温度振动一体传感器(5)根据需要安装在电动机(1)、泵(2)旋转设备的待监测部位；所述发电模块包括定子绕组(7)和固定在电动机驱动轴(9)上的永磁材质转子(8)，通过电磁感应原理在定子绕组(7)产生的电压信号通过整流滤波模块转换为稳定的直流电压，并经过电源输出端子(10)和电源线(6)为监测单元(4)供电；监测单元(4)由核心控制板、电池模块、显示模块和无线传输模块组成，核心控制板具有温度和振动参数的采集与处理、电能管理的功能，电池模块是监测单元(4)的后备电源，并由电能产生单元(3)充电，显示模块可以显示采集的温度和振动参数，无线传输模块实现温度振动数据的无线远传。
所述监测单元(4)外壳采用不锈钢或铝合金材质，监测单元(4)的数据输入端子不少于2个，现场显示模块交替或同时显示温度参数、振动参数，无线传输模块采用Zigbee方式或433MHz频段，监测单元(4)设计有电池模块作为后备电源。
上述技术方案中，优选地，所述电能产生单元(3)安装在电动机的驱动轴(9)上，电能产生单元的转子(8)选用永磁材质，均匀分布在驱动轴(9)圆周，定子绕组(7)与驱动轴(9)轴心对齐。
所述电能产生单元(3)的定子绕组(7)输出电压经过整流滤波等过程后转换为12V直流电压，经过电源输出端子(10)和电源线(6)提供给监测单元(4)，每个电能产生单元(3)提供不少于2个电源输出端子(10)。
所述监测单元(4)和传感器(5)均设计有强磁吸附底座，强磁材料选用钕铁硼磁铁，通过强磁吸附将监测单元(4)和传感器(5)固定在旋转设备的金属外壳上，传感器(5)可同时采用胶粘和强磁吸附两种方式强化固定安装。
电能产生单元(3)安装在电动机驱动轴(9)上，定子绕组(7)上产生的感应电压通过整流滤波模块转换为12V直流电压，经过电源输出端子(10)和电源线(6)为监测单元(4)供电。温度振动一体式传感器(5)固定在电动机(1)的轴承端盖处，监测单元(4)通过强磁吸附底座固定在电动机(1)外壳上，实时采集温度振动一体式传感器(5)传来的电动机(1)轴承温度和振动参数。电动机(1)的轴承温度和振动参数在监测单元(4)的显示模块上实时显示，同时经过处理的监测数据可以通过无线传输模块进行远传。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件，定子绕组(7)上产生的感应电压通过整流滤波模块转换为24V直流电压，经过电源输出端子(10)和电源线(6)为监测单元(4)供电。在泵(2)和电动机(1)靠近轴承位置安装温度振动一体式传感器(5)，一个监测单元(4)固定在电动机(1)的金属外壳上，同时采集泵(2)和电动机(1)上的两路传感器(5)信号，电能产生单元(3)的电源输出端子(10)分别为监测单元(4)提供持续的电能，实现对机泵组运行状态的实时在线监测。
【比较例】
按照实施例1所述的条件，旋转设备状态监测装置没有电能产生单元(3)，而是采用布设电缆的有线供电方式或采用电池供电方式，整套装置长期运行过程中存在明显的问题：有线供电时，必须从外部引入电源并在现场布设大量线缆，施工繁琐，安全隐患多；电池供电时，电量有限，不能保证监测装置长期稳定工作，信号的采集频次、传输速率将受到较大限制，对于状态监测装置的推广应用极为不利。

Claims (5)

1.一种自供电的旋转设备状态监测装置，包括电能产生单元(3)、监测单元(4)、温度振动一体传感器(5)及电源线、信号传输线，电能产生单元(3)由发电模块和整流滤波模块组成，通过电动机驱动端轴的旋转和电磁感应原理实现发电，并由整流滤波模块变换成稳定的直流电压，为监测单元(4)供电，监测单元(4)具有电能管理、数据采集与处理、数据无线传输、结果显示功能，实现实时采集温度振动一体传感器(5)的信号，经过处理后进行显示和无线传输，温度振动一体传感器(5)根据需要安装在电动机(1)、泵(2)旋转设备的待监测部位；所述发电模块包括定子绕组(7)、固定在电动机驱动轴(9)上的永磁材质转子(8)及定子绕组中心高度调整机构，通过电磁感应原理在定子绕组(7)产生的电压信号通过整流滤波模块转换为稳定的直流电压，并经过电源输出端子(10)和电源线(6)为监测单元(4)供电；监测单元(4)由核心控制板、电池模块、显示模块和无线传输模块组成，核心控制板具有温度和振动参数的采集与处理、电能管理的功能，电池模块是监测单元(4)的后备电源，并由电能产生单元(3)充电，显示模块可以显示采集的温度和振动参数，无线传输模块实现温度振动数据的无线传输。
2.根据权利要求1所述的一种自供电的旋转设备状态监测装置，其特征在于所述监测单元(4)和传感器(5)均设计有强磁吸附底座，强磁材料选用钕铁硼磁铁，通过强磁吸附将监测单元(4)和传感器(5)固定在旋转设备的金属外壳上，传感器(5)采用胶粘和强磁吸附两种方式强化固定安装。
3.根据权利要求1所述的一种自供电的旋转设备状态监测装置，其特征在于所述电能产生单元(3)安装在电动机的驱动轴(9)上，电能产生单元的转子(8)选用永磁材质，均匀分布在驱动轴(9)圆周，电能产生单元(3)设计有定子绕组中心高度调整机构，使定子绕组(7)与驱动轴(9)轴心对齐。
4.根据权利要求1所述的一种自供电的旋转设备状态监测装置，其特征在于所述电能产生单元(3)的定子绕组(7)根据电机转速不同，输出电压经过整流滤波过程后转换为12V到24V的直流电压，经过电源输出端子(10)和电源线(6)提供给监测单元(4)，每个电能产生单元(3)提供不少于2个电源输出端子(10)。
5.根据权利要求1所述的一种自供电的旋转设备状态监测装置，其特征在于所述监测单元(4)外壳采用不锈钢或铝合金材质，监测单元(4)电源接口的输入电压下限不高于12V，上限不低于24V，数据输入端子不少于2个，现场显示模块交替或同时显示温度参数、振动参数，无线传输模块采用Zigbee方式或433MHz频段，监测单元(4)设计有可充电电池模块作为后备电源。
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