CN108612658B - 一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及故障检测预警装置，一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置，包括数据采集单元、显示操作单元、通讯接口单元、供电单元、MCU主控单元及故障检测传感器组。本发明把偏转检测线圈作为参考位置传感器，在定子绕组上安装PT‑1000热电阻及定子空间压力测量传感器，在石墨轴承座上安装加速度振动传感器。通过针对具有位置定位的偏转检测线圈的输出信号和加速度振动传感器输出信号进行采样分析，解决了石墨轴承的全工况偏磨监控预警问题。

Description

一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置
技术领域
本发明涉及一种故障检测预警装置，更具体地说，涉及一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置。
背景技术
屏蔽泵是化工、石油、制药、核工业乃至高铁列车中腐蚀性、有害性介质加压输送的核心部件，其可靠性、安全性是设备运行的重要指标，影响着生产系统的整体安全。由于屏蔽泵结构上的特殊性——泵的旋转动力单元与泵的输送介质需高度隔离。屏蔽泵中的支撑轴承是石墨轴承，它是屏蔽泵运行中的磨损性消耗部件、也是屏蔽泵安全运行的薄弱点。在屏蔽泵的运行使用中为确保安全，避免由于石墨轴承的过度磨损导致转子偏心旋转，致使转子与定子护套发生摩擦导致泵的永久性损伤和介质泄漏。生产监控系统需实时掌控屏蔽泵石墨轴承的磨损程度，准确预警以便合理安排设备维修计划。绝对避免屏蔽泵因石墨轴承的磨损而产生定子与转自的接触性摩擦致使屏蔽泵的永久性损伤，乃至穿孔失效。
传统屏蔽泵设计上在定子加装了一对测量线圈——偏转检测线圈，用于产生因轴承磨损形成不对成旋转乃至生成增大的交变电压信号；在屏蔽泵上配装指针式显示表，用于指示轴承的偏磨程度并划定指针式报警显示区域、给出失效报警。实用中，由于石墨轴承磨损过程中磨损速度的非线性，一旦石墨轴承的非对称性缺口达到一定程度，泵转子旋转产生的摇摆幅度快速增加，这将快速加速轴承的失效。如预警不及时，没有合理的在设备检修期安排石墨轴承的更换，将可能发生在生产过程中因石墨轴承快速损坏导致的非维护期应急故障事件。另外，有些时候轴承的磨损是对称性磨损，这时基于转子偏心运动的检测线圈输出——用于表征轴承的磨损程度的信号将变得不灵敏。实用中会发生转子即将与定子保护套发生磨碰，但检测显示指针表仍未报警的情况出现。
在智能制造、智能工厂发展与建设的世界性大潮流推动下，自动化生产线核心设备智能化是设备制造企业必须面对的产品升级提升的任务和契机。其中在智能化、网络化基础上提升整体安全运行水平是智能制造体系下产品智能化的核心任务之一。屏蔽泵作为化工、核电等领域的重要生产设备，提升其故障检测、监测、预警的可靠性与运维服务水平是智能制造发展对核心装备智能化提出的时代化需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置。本发明把偏转检测线圈作为参考位置传感器，在定子绕组上安装PT-1000热电阻及定子空间压力测量传感器，在石墨轴承座上安装加速度振动传感器。通过针对具有位置定位的偏转检测线圈的输出信号和加速度振动传感器输出信号进行采样分析，解决了石墨轴承的全工况偏磨监控预警问题。
为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置，包括数据采集单元、显示操作单元、通讯接口单元、供电单元、MCU主控单元及故障检测传感器组，所述故障检测传感器组，包括偏转检测线圈和安放在与偏转检测线圈轴线垂直方向上的加速度振动传感器、定子绕组温度测量传感器即PT-1000热电阻及定子空间压力测量传感器，所述偏转检测线圈、PT-1000热电阻分别通过防护线与数据采集单元相连，用于采集偏转检测线圈输出的交变电压信号及PT-1000热电阻经三线制引线电阻输出的消除及工频消除处理的温度测量信号，所述加速度振动传感器、定子空间压力测量传感器分别通过护套管与数据采集单元相连，用于采集加速度振动传感器输出的恒流激励加速度型振动信号及定子空间压力测量传感器输出的4-20MPa压力信号，所述MCU主控单元分别与数据采集单元、显示操作单元及通讯接口单元相连，所述通讯接口单元还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，所述供电单元分别与数据采集单元、MCU主控单元及显示操作单元相连，用于提供电能，所述数据采集单元包括信号处理模块并与其相连的信号转换模块，其中信号处理模块包括分别与加速度振动传感器相连的恒流激励电路及放大/滤波电路，与PT-1000热电阻依次相连的引线内阻影响消除电路、零点迁移电路及50HZ滤波电路，与偏转检测线圈分别相连的AC/DC转换电路及极性检测电路和与定子空间压力测量传感器相连的4-20MPa前置处理电路，所述信号转换模块采用AD7771芯片并与MCU主控单元相连，所述通讯接口单元包括分别与MCU主控单元相连的RS-485现场总线接口、可连接WiFi模块/GPRS模块的无线通讯接口，所述可连接WiFi模块/GPRS模块还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，用于远程读取屏蔽泵的状态数据和报警数据，所述显示操作单元包括分别与MCU主控单元相连的液晶显示器及磁开关键盘，其中磁开关键盘采用非接触磁开关按键的操作来选择工作模式、修改报警阈值、观测故障检测传感器组的历史数据和有关报警数据。
本发明有益效果是：一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置，包括数据采集单元、显示操作单元、通讯接口单元、供电单元、MCU主控单元及故障检测传感器组。与已有技术相比，本发明把偏转检测线圈作为参考位置传感器，在定子绕组上安装PT-1000热电阻及定子空间压力测量传感器，在石墨轴承座上安装加速度振动传感器。通过针对具有位置定位的偏转检测线圈的输出信号和加速度振动传感器输出信号进行采样分析，解决了石墨轴承的全工况偏磨监控预警问题。
附图说明
图1是本发明原理框图。
图2是本发明中的数据采集单元原理框图。
图3是数据采集单元中的信号处理模块原理框图。
图中：(a)表示与加速度振动传感器相连的恒流激励电路及放大/滤波电路原理框图。
(b)表示与PT-1000热电阻依次相连的引线内阻影响消除电路、零点迁移电路及50HZ滤波电路原理框图。
(c)表示与偏转检测线圈分别相连的AC/DC转换电路及极性检测电路原理框图。
(d)表示与定子空间压力测量传感器相连的4-20MPa前置处理电路原理框图。
图4是本发明中的通讯接口单元原理框图。
图5是本发明中的显示操作单元原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置，包括数据采集单元、显示操作单元、通讯接口单元、供电单元、MCU主控单元及故障检测传感器组，所述故障检测传感器组，包括偏转检测线圈和安放在与偏转检测线圈轴线垂直方向上的加速度振动传感器、定子绕组温度测量传感器即PT-1000热电阻及定子空间压力测量传感器，所述偏转检测线圈、PT-1000热电阻分别通过防护线与数据采集单元相连，用于采集偏转检测线圈输出的交变电压信号及PT-1000热电阻经三线制引线电阻输出的消除及工频消除处理的温度测量信号，所述加速度振动传感器、定子空间压力测量传感器分别通过护套管与数据采集单元相连，用于采集加速度振动传感器输出的恒流激励加速度型振动信号及定子空间压力测量传感器输出的4-20MPa压力信号，所述MCU主控单元分别与数据采集单元、显示操作单元及通讯接口单元相连，所述通讯接口单元还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，所述供电单元分别与数据采集单元、MCU主控单元及显示操作单元相连，用于提供电能。
如图2所示，所述数据采集单元包括信号处理模块并与其相连的信号转换模块，其中信号转换模块采用AD7771芯片并与MCU主控单元相连。
如图3所示，其中信号处理模块包括分别与加速度振动传感器相连的恒流激励电路及放大/滤波电路，与PT-1000热电阻依次相连的引线内阻影响消除电路、零点迁移电路及50HZ滤波电路，与偏转检测线圈分别相连的AC/DC转换电路及极性检测电路和与定子空间压力测量传感器相连的4-20MPa前置处理电路。
如图4所示，所述通讯接口单元包括分别与MCU主控单元相连的RS-485现场总线接口、可连接WiFi模块/GPRS模块的无线通讯接口，所述可连接WiFi模块/GPRS模块还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，用于远程读取屏蔽泵的状态数据和报警数据。
如图5所示，所述显示操作单元包括分别与MCU主控单元相连的液晶显示器及磁开关键盘，其中磁开关键盘采用非接触磁开关按键的操作来选择工作模式、修改报警阈值、观测故障检测传感器组的历史数据和有关报警数据。
具体预警工作过程如下：
在屏蔽泵转子周围的偏转检测线圈中的霍尔位置传感器可以输出转子的偏转程度和偏转方向，通过操作显示单元中的数据就可以判断定子石墨轴承的磨损程度和磨损位置，石墨轴承上面的加速度振动传感器可以输出振动信息，在操作显示单元可以计算时域峰值、有效值以及频谱分量。可以有效的判断定子轴承的故障程度，有效值、峰值、频谱幅度可以一定程度上反应磨损程度，其他细节的故障也可以通过信号处理方式计算出来。空间压力传感器将液压信号传送到操作显示单元，可以监测是否发生了磨损导致的漏液现象。另外PT-1000热电阻输出的温度信号也可以粗略的表示磨损程度，通常是温度越高，磨损程度越大。结合传感器组中各个传感器的输出信号就可以从不同角度监测屏蔽泵内部的故障特点，通过统计分析显示面板中的数据，设定相应的报警数值，包括红黄线报警数值。这个过程的监测数据也可以通过通信接口模块发送到其他地区，通过远程监控界面来对屏蔽泵进行故障预警与处理。

Claims (1)

1.一种用于屏蔽泵的故障检测预警装置，包括数据采集单元、显示操作单元、通讯接口单元、供电单元、MCU主控单元及故障检测传感器组，所述故障检测传感器组，包括偏转检测线圈和安放在与偏转检测线圈轴线垂直方向上的加速度振动传感器、定子绕组温度测量传感器即PT-1000热电阻及定子空间压力测量传感器，其特征在于：所述偏转检测线圈、PT-1000热电阻分别通过防护线与数据采集单元相连，用于采集偏转检测线圈输出的交变电压信号及PT-1000热电阻经三线制引线电阻输出的消除及工频消除处理的温度测量信号，所述加速度振动传感器、定子空间压力测量传感器分别通过护套管与数据采集单元相连，用于采集加速度振动传感器输出的恒流激励加速度型振动信号及定子空间压力测量传感器输出的4-20MPa压力信号，所述MCU主控单元分别与数据采集单元、显示操作单元及通讯接口单元相连，所述通讯接口单元还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，所述供电单元分别与数据采集单元、MCU主控单元及显示操作单元相连，用于提供电能，所述数据采集单元包括信号处理模块并与其相连的信号转换模块，其中信号处理模块包括分别与加速度振动传感器相连的恒流激励电路及放大滤波电路，与PT-1000热电阻依次相连的引线内阻影响消除电路、零点迁移电路及50HZ滤波电路，与偏转检测线圈分别相连的AC/DC转换电路及极性检测电路和与定子空间压力测量传感器相连的4-20MPa前置处理电路，所述信号转换模块采用AD7771芯片并与MCU主控单元相连，所述通讯接口单元，包括分别与MCU主控单元相连的RS-485现场总线接口、WiFi模块的无线通讯接口和GPRS模块的无线通讯接口，所述WiFi模块和GPRS模块还通过无线通信方式与工厂控制系统相连，用于远程读取屏蔽泵的状态数据和报警数据，所述显示操作单元，包括分别与MCU主控单元相连的液晶显示器及磁开关键盘，其中磁开关键盘采用非接触磁开关按键的操作来选择工作模式、修改报警阈值、观测故障检测传感器组的历史数据和有关报警数据。
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