CN110333060B - 一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统，属于能源动力行业。本发明是为了解决现有转子振动测量中，由于转子支撑结构紧凑、结构空间不足，导致在转子支撑结构上布线困难的问题。本发明中，轴承套装在转子外，环式弹性支承套装在轴承外，支承基座套装在环式弹性支承外，压电体固装在环式弹性支承上，每个压电体分别通过两根导线与电压转换振动模块和压电能分配模块相连，电压转换振动模块的信号输出端与无线信号发射模块的信号输入端通过导线连接，压电能分配模块与无线信号发射模块通过导线连接，无线信号接收模块与振动信号采集及分析模块通过导线连接。本发明主要用于测量转子的振动。

Description

一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统
技术领域
本发明属于能源动力行业，尤其涉及一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统。
背景技术
由于航空发动机、燃气轮机等高速旋转机械的转子支撑系统结构复杂、布置紧凑，因此，往往无法直接测量到转子的振动特征。当前，绝大多数方法均采用依据发动机的转子支撑系统与静子机匣的振动传递特性，将振动加速度传感器布置在相应机匣的特定位置上，由于支承结构及静子机匣自身的振动特性会给转子的振动信号带来较大的噪声，使得转子的一些振动特征难以测量和提取，无法精确判断转子的实际振动情况。另外一方面，由于转子支撑结构紧凑、轴承油腔油温较高以及结构空间不足等问题，导致在转子支撑结构上布线困难，因此难以在发动机的转子轴承座附近布置加速度振动传感器。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有测量方法中，由于转子支撑结构紧凑、轴承油腔油温较高以及结构空间不足，导致在转子支撑结构上布线困难，因此难以在发动机的转子轴承座附近布置加速度振动传感器；进而提供一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
所述的旋转机械转子振动无线测量系统包括环式弹性支承1、支承基座3、轴承5、电压转换振动模块6、压电能分配模块7、无线信号发射模块8、无线信号接收模块9、振动信号采集及分析模块10、多根导线和多个压电体2，轴承5套装在转子4外，环式弹性支承1套装在轴承5外，支承基座3套装在环式弹性支承1外，压电体2固装在环式弹性支承1上，每个压电体2分别通过两根导线与电压转换振动模块6和压电能分配模块7相连接，电压转换振动模块6的信号输出端与无线信号发射模块8的信号输入端通过导线连接，压电能分配模块7的电压输出端与无线信号发射模块8的电压输入端通过导线连接，无线信号接收模块9的信号输出端与振动信号采集及分析模块10的信号输入端通过导线连接。
进一步地，所述的环式弹性支承1包括变形体1-3、多个外凸台1-1和多个内凸台1-2，外凸台1-1与内凸台1-2均为弧形板体，且外凸台1-1与内凸台1-2的个数相同，多个内凸台1-2周向均匀间隔设置成第一圆环，多个外凸台1-1周向均匀间隔设置成第二圆环，第二圆环套在第一圆环的外侧，且每个外凸台1-1与每个内凸台1-2之间错位设置，变形体1-3分别填充在外凸台1-1与内凸台1-2之间、相邻的两个内凸台1-2之间和相邻的两个外凸台1-1之间，压电体2固接在变形体1-3上。
进一步地，压电体2的个数为内凸台1-2个数的2倍，每个压电体2分别处于相邻的外凸台1-1与内凸台1-2之间。
进一步地，每个压电体2具有两个信号输出模块，每个电压转换振动模块6具有多个第一信号采集板，每个压电能分配模块7具有多个第二信号采集板，
其中一根导线的一端连接在压电体2上的其中一个信号输出模块上，所述其中一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块6上的其中一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块7上的其中一个第二信号采集板上，另一根导线的一端连接在压电体2上的另一个信号输出模块上，所述另一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块6上的另一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块7上的另一个第二信号采集板上。
本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
本发明中的电压转换振动模块6、压电能分配模块7与无线信号发射模块8体积较小，可布置在较小的空间内，将电压转换振动模块6、压电能分配模块7与无线信号发射模块8布置在转子上，将无线信号接收模块9和振动信号采集及分析模块10布置在转子外，无线信号发射模块8将接收的信号发射给无线信号接收模块9，无线信号接收模块9再通过导线传输给振动信号采集及分析模块10，实现振动无线传输，布置结构简单、转子振动信息测量信息准确，解决了传统的旋转机械转子振动测量线缆无足够空间布置及布置复杂的问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为转子、环式弹性支承、支承基座和轴承装配示意图；
图3为环式弹性支承中变形体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式中，所述的旋转机械转子振动无线测量系统包括环式弹性支承1、支承基座3、轴承5、电压转换振动模块6、压电能分配模块7、无线信号发射模块8、无线信号接收模块9、振动信号采集及分析模块10、多根导线和多个压电体2，轴承5套装在转子4外，环式弹性支承1套装在轴承5外环外，支承基座3套装在环式弹性支承1外，压电体2固装在环式弹性支承1上，每个压电体2分别通过两根导线与电压转换振动模块6和压电能分配模块7相连接，电压转换振动模块6的信号输出端与无线信号发射模块8的信号输入端通过导线连接，压电能分配模块7的电压输出端与无线信号发射模块8的电压输入端通过导线连接，无线信号接收模块9的信号输出端与振动信号采集及分析模块10的信号输入端通过导线连接。
压电体2是集信号采集与能量采于一体；
本发明通过旋转机械转子的涡动式振动(振动位移)引起环式弹性支承1上的变形体1-3发生动态变形，从而导致压电体2上产生动态电压信号和电能，
其中压电体2采集的电压信号由电压转换振动模块6接收，电压转换振动模块6将压电体2的压电信号转化为转子4的振动信号，电压转换振动模块6将振动信号通过导线传输给无线信号发射模块8，无线信号发射模块8将接收的信号传输给无线信号接收模块9，再由无线信号接收模块9通过导线传输至振动信号采集及分析模块10；
其中压电体2采集的电能通过压电能分配模块7为无线信号发射模块8提供电能。
具体实施方式二：如图2和图3所示，本实施方式中，所述的环式弹性支承1包括变形体1-3、多个外凸台1-1和多个内凸台1-2，外凸台1-1与内凸台1-2均为弧形板体，且外凸台1-1与内凸台1-2的个数相同，多个内凸台1-2周向均匀间隔设置成第一圆环，多个外凸台1-1周向均匀间隔设置成第二圆环，第二圆环套在第一圆环的外侧，且每个外凸台1-1与每个内凸台1-2之间错位设置，变形体1-3分别填充在外凸台1-1与内凸台1-2之间、相邻的两个内凸台1-2之间和相邻的两个外凸台1-1之间，压电体2固接在变形体1-3上。
其中外凸台1-1和内凸台1-2的高度高于变形体的高度，外凸台1-1和内凸台1-2的上端伸出变形体的上端面。
其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图2所示，本实施方式中，压电体2的个数为内凸台1-2个数的2倍，每个压电体2分别处于相邻的外凸台1-1与内凸台1-2之间，且压电体的一侧端面与外凸台一端的内侧板面相接触，压电体的另一侧端面与内凸台一端的外侧板面相接触，其中，内凸台1-2的个数为3个，外凸台1-1的个数为3个，压电体的个数为6个。
其他组成及连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式中，每个压电体2具有两个信号输出模块2-1，每个电压转换振动模块6具有多个第一信号采集板，每个压电能分配模块7具有多个第二信号采集板，
其中一根导线的一端连接在压电体2上的其中一个信号输出模块2-1上，所述其中一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块6上的其中一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块7上的其中一个第二信号采集板上，另一根导线的一端连接在压电体2上的另一个信号输出模块2-1上，所述另一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块6上的另一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块7上的另一个第二信号采集板上。
其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

Claims (2)

1.一种基于压电自供能的旋转机械转子振动无线测量系统，其特征在于：它包括环式弹性支承(1)、支承基座(3)、轴承(5)、电压转换振动模块(6)、压电能分配模块(7)、无线信号发射模块(8)、无线信号接收模块(9)、振动信号采集及分析模块(10)、多根导线和多个压电体(2)，轴承(5)套装在转子(4)外，环式弹性支承(1)套装在轴承(5)外，支承基座(3)套装在环式弹性支承(1)外，压电体(2)固装在环式弹性支承(1)上，每个压电体(2)分别通过两根导线与电压转换振动模块(6)和压电能分配模块(7)相连接，电压转换振动模块(6)的信号输出端与无线信号发射模块(8)的信号输入端通过导线连接，压电能分配模块(7)的电压输出端与无线信号发射模块(8)的电压输入端通过导线连接，无线信号接收模块(9)的信号输出端与振动信号采集及分析模块(10)的信号输入端通过导线连接；
所述的环式弹性支承(1)包括变形体(1-3)、多个外凸台(1-1)和多个内凸台(1-2)，外凸台(1-1)与内凸台(1-2)均为弧形板体，且外凸台(1-1)与内凸台(1-2)的个数相同，多个内凸台(1-2)周向均匀间隔设置成第一圆环，多个外凸台(1-1)周向均匀间隔设置成第二圆环，第二圆环套在第一圆环的外侧，且每个外凸台(1-1)与每个内凸台(1-2)之间错位设置，变形体(1-3)分别填充在外凸台(1-1)与内凸台(1-2)之间、相邻的两个内凸台(1-2)之间和相邻的两个外凸台(1-1)之间，压电体(2)固接在变形体(1-3)上；
每个压电体(2)具有两个信号输出模块，每个电压转换振动模块(6)具有多个第一信号采集板，每个压电能分配模块(7)具有多个第二信号采集板，其中一根导线的一端连接在压电体(2)上的其中一个信号输出模块上，所述其中一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块(6)上的其中一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块(7)上的其中一个第二信号采集板上，另一根导线的一端连接在压电体(2)上的另一个信号输出模块上，所述另一根导线的另一端分成两股，其中一股导线连接在电压转换振动模块(6)上的另一个第一信号采集板上，另一股导线连接在压电能分配模块(7)上的另一个第二信号采集板上。
2.根据权利要求1所述的旋转机械转子振动无线测量系统，其特征在于：压电体(2)的个数为内凸台(1-2)个数的2倍，每个压电体(2)分别处于相邻的外凸台(1-1)与内凸台(1-2)之间。
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