CN111365253A - 全自动水泵状态监测和故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，包含网络信号接收模块分别连接振动监测模块、位移监测模块、摆度监测模块、温度监测模块和转速监测模块，监测模块内部都设置有滤波电路和主芯片；监测模块分别连接数据输出模块，数据输出模块内部设置有信息处理模块，数据输出模块内部设置有通讯模块；数据输出模块连接信息显示模块，数据输出模块另一个接口连接物联网模块；物联网模块连接云端服务器；云端服务器连接移动端设备。本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统能够进行高精度多指标实时测量，参数自动采集、实时传输和处理，监测装置模块化；提高了测量精度、提高了监测效率、减少了监测误差同时节约了监测成本。

Description

全自动水泵状态监测和故障诊断系统

技术领域

本发明涉及全自动水泵状态监测和故障诊断系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展，各种大、中、小型水泵在水利工程、市政工程、工业和农业领域有着广泛的应用市场，并在其中发挥着重要的作用。水泵在运转过程中，机械因素、水力因素、电磁因素等不同的影响因素会导致水泵轴的振动、摆度和位移。振动、摆度和位移问题的出现会引发水泵机组的损坏，甚至造成重大运行故障事故发生。水泵在运转由轴带动，轴的转动速度取决于电机、水的阻力和其它摩擦力，所以轴的转动速度是重要的水泵指标。同时，高速的旋转摩擦会提高轴的温度，可能会造成轴和其接触件的高温失效，造成事故。因此，水泵转速、温度、振动、摆度和位移是现代化水泵机组设备必不可少的监测指标。

传统的水泵监测方式采取人为读数、数据人工录入处理的方式，耗时费力，数据录入也有延迟，监测的效率低下。传统的水泵机组现场环境产生大量的噪声和振动，人工采集的数据不能完全反映实际工况，会带来各种误差，监测的结果误差大。传统的水泵的传感器装置多采用机械结构来测量各种参数，测量的精度受环境温度和湿度以及机构的疲劳程度的影响极大，测量的参数精度低。传统的监测指标处理装置都是一体式的大机箱，多种指标分析模块整合在一起；当监测点分散，监测的水泵数量或者指标数量变化时，无法完全使用一体式的大机箱的功能，造成监测资源的浪费。所以，目前的水泵监测行业急需一种能够实现高精度多指标实时测量，参数自动采集、实时传输和处理，监测装置模块化的全自动水泵状态监测和故障诊断系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够实现高精度多指标实时测量，参数自动采集、实时传输和处理，监测装置模块化的全自动水泵状态监测和故障诊断系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明涉及一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，包含水泵状态监测装置、网络信号接收模块、振动监测模块、位移监测模块、摆度监测模块、温度监测模块、转速监测模块、数据输出模块和电器柜；所述水泵状态监测装置连接网络信号接收模块；所述网络信号接收模块分别连接振动监测模块、位移监测模块、摆度监测模块、温度监测模块和转速监测模块；振动监测模块、位移监测模块、摆度监测模块、温度监测模块和转速监测模块内部都设置有滤波电路和主芯片；振动监测模块、位移监测模块、摆度监测模块、温度监测模块和转速监测模块分别连接数据输出模块，数据输出模块内部设置有信息处理模块，数据输出模块内部设置有通讯模块；所述数据输出模块连接信息显示模块，数据输出模块另一个接口连接物联网模块；所述物联网模块连接云端服务器；所述云端服务器连接移动端设备。

所述水泵状态监测装置包含泵体、叶轮、霍尔传感器、电涡流传感器、压电式振动传感器、温度传感器和激光位移传感器；所述泵体的前端开设有入口，入口的后方设置有叶轮，叶轮上方开设有出口；所述叶轮设置在轴的前端；叶轮的后方设置有机械密封；机械密封的后方的轴上设置有磁块，磁块的同一个竖直平面的下方泵体上设置有霍尔传感器；所述磁块后方的轴上设置有金属套，金属套的同一竖直平面上方和右侧泵体上均设置有电涡流传感器，两个电涡流传感器之间呈90度夹角；金属套的后方的轴上设置有支撑环，支撑环的上下左右分别设置有支撑轮，支撑轮将支撑环夹紧在中间，支撑轮的中心固定在支撑架上，支撑架的另一端连接压电式振动传感器；泵体后侧的轴上设置有加强环，加强环的周围设置有止推轴承，止推轴承连接着止推轴承座，止推轴承座固定在泵体上；止推轴承座上设置有温度传感器；泵体的后侧设置有电机，电机和泵体通过轴连接；轴的后端伸出电机，轴的正后方、正下方和正右方均设置有激光位移传感器；泵体的后方下端设置有无线数据传输模块，霍尔传感器、电涡流传感器、压电式振动传感器、温度传感器和激光位移传感器分别连接无线数据传输模块。

所述电器柜包含网络信号接收模块盒、数据输出模块盒、物联网模块盒、显示屏和柜门；所述网络信号接收模块盒、数据输出模块盒和物联网模块盒从左向右分别设置在电器柜的上方，电器柜的下方从左向右分别设置有振动监测模块盒、位移监测模块盒、摆度监测模块盒、温度监测模块盒和转速监测模块盒；各个模块通过轨道设置于相应的模块盒中；电器柜的后侧内壁上设置有信号插头和电源插头；所述电器柜的前端设置有柜门；所述电器柜的前端上部设置有斜面，斜面位于柜门上方，所述斜面上安装有显示屏。

所述压电式振动传感器包含外壳、弹簧和质量块；所述外壳的底部是基座，基座的上层设置有压电晶片，压电晶片的上方设置有质量块，质量块上方设置有处于预压状态的弹簧；所述外壳的侧面开设有信号输出口，压电晶片的中间连接有电极，电极穿过信号输出口，连接无线数据传输模块。

本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统具有以下优点：

本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统设置有水泵状态监测装置和网络信号接收模块，可以用来传输和接收传感器监测到的信息；物联网芯片可以将加工好后的电子信号通过网路实时传输到云端服务器，进行储存；智能的监测系统实现了实时的自动化指标参数监测，无需人工的参与，提高了监测的效率的同时降低了监测误差。水泵状态监测装置设置了压电式振动传感器、霍尔传感器和电涡流传感器；水泵状态监测装置创新性得组合安装使用了新型的传感器，避免了传统的传感器在高温、高湿度、高机械疲劳环境中的测量精度下降，从而提高了测量精度。电器柜将各个指标监测的仪器模块化，可以单独的插入使用，各个电器柜之间的模块可以互换使用，提高了数据处理效率的同时节约了监测资源。本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统能够进行高精度多指标实时测量，参数自动采集、实时传输和处理，监测装置模块化；提高了测量精度、提高了监测效率、减少了监测误差同时节约了监测成本。

附图说明

图1为本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统的流程图。

图2为本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统中水泵状态监测装置。

图3为本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统的结构示意图。

图4为本发明全自动水泵状态监测和故障诊断系统中压电式振动传感器的结构示意图。

图中：泵体1、入口2、叶轮3、出口4、机械密封5、霍尔传感器6、磁块7、金属套8、电涡流传感器9、支撑环10、支撑架11、压电式振动传感器12、外壳12.1、弹簧12.2、质量块12.3、压电晶片12.4、基座12.5、信号输出口12.6、电极12.7、支撑轮13、轴14、温度传感器15、止推轴承座16、止推轴承17、加强环18、电机19、激光位移传感器20、网络信号接收模块21、振动监测模块22、滤波电路23、主芯片24、数据输出模块25、通讯模块26、信息处理模块27、信息显示模块28、物联网模块29、云端服务器30、移动端设备31、位移监测模块32、摆度监测模块33、温度监测模块34、转速监测模块35、网络信号接收模块盒36、数据输出模块盒37、物联网模块盒38、显示屏39、斜面40、电器柜41、柜门42、振动监测模块盒43、位移监测模块盒44、摆度监测模块盒45、温度监测模块盒46、转速监测模块盒47、轨道48、信号插头49、电源插头50、水泵状态监测装置51、无线数据传输模块52。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明涉及一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，包含水泵状态监测装置51、网络信号接收模块21、振动监测模块22、位移监测模块32、摆度监测模块33、温度监测模块34、转速监测模块35、数据输出模块25和电器柜41；所述水泵状态监测装置51连接网络信号接收模块21，水泵状态监测装置51可以将监测到的指标参数通过互联网传输给网络信号接收模块21；所述网络信号接收模块21分别连接振动监测模块22、位移监测模块32、摆度监测模块33、温度监测模块34和转速监测模块35，将收到的指标参数分配到不同的指标监控模块中做进一步的处理；振动监测模块22、位移监测模块32、摆度监测模块33、温度监测模块34和转速监测模块35内部都设置有滤波电路23和主芯片24，滤波电路23可以在电磁信号复杂的环境中仍能提供稳定的电信号，主芯片24可以提供更强劲的信息处理能力；振动监测模块22、位移监测模块32、摆度监测模块33、温度监测模块34和转速监测模块35分别连接数据输出模块25，数据输出模块25内部设置有信息处理模块27，可以将各指标参数整合打包处理，数据输出模块25内部设置有通讯模块26，可以将打包好的指标参数信息传输出去；所述数据输出模块25连接信息显示模块28，可以将各指标参数信息显示在屏幕上，数据输出模块25另一个接口连接物联网模块29，可以实现数据的实时上传功能；所述物联网模块29连接云端服务器30，可以实现数据的储存和读取；所述云端服务器30连接移动端设备31，可以通过手机、电脑读取服务器中的数据并进行实时处理，进行FFT分析和技术分析。

所述水泵状态监测装置51包含泵体1、叶轮3、霍尔传感器6、电涡流传感器9、压电式振动传感器12、温度传感器15和激光位移传感器20；所述泵体1的前端开设有入口2，入口2的后方设置有叶轮3，叶轮3上方开设有出口4，叶轮3的转动可以将水从入口2吸入再从出口4喷出；所述叶轮3设置在轴14的前端，轴14带动叶轮3转动；叶轮3的后方设置有机械密封5，可以防止水流入泵体1的后侧；机械密封5的后方的轴14上设置有磁块7，磁块7的同一个竖直平面的下方泵体1上设置有霍尔传感器6，磁块7随着轴14转动，霍尔传感器6能感应到磁块7的远近带来的磁场变化，当磁块7随着轴14转过一圈，离霍尔传感器6最近时磁场力最大，霍尔传感器6计数一次，从而计算出转速；所述磁块7后方的轴14上设置有金属套8，金属套8的同一竖直平面上方和右侧泵体1上均设置有电涡流传感器9，两个电涡流传感器9之间呈90度夹角，电涡流传感器9可以主动发出磁场信号，来测量金属套8与电涡流传感器9之间的相对位移变化，从而测量出轴14的摆度；金属套8的后方的轴14上设置有支撑环10，支撑环10的上下左右分别设置有支撑轮13，支撑轮13将支撑环10夹紧在中间，可以随着支撑环10转动，支撑轮13的中心固定在支撑架11上，支撑架11的另一端连接压电式振动传感器12，轴14的振动通过支撑环10、支撑轮13和支撑架11传递到压电式振动传感器12，将振动信号转化成电信号；泵体1后侧的轴14上设置有加强环18，加强环18的周围设置有止推轴承17，止推轴承17连接着止推轴承座16，止推轴承座16固定在泵体1上；止推轴承座16上设置有温度传感器15，可以测量轴14的温度；泵体1的后侧设置有电机19，电机19和泵体1通过轴14连接，电机19驱动轴14转动；轴14的后端伸出电机19，轴14的正后方、正下方和正右方均设置有激光位移传感器20，可以通过监测激光从发射到接收的时间长短，测量出轴14的位移；泵体1的后方下端设置有无线数据传输模块52，霍尔传感器6、电涡流传感器9、压电式振动传感器12、温度传感器15和激光位移传感器20分别连接无线数据传输模块52，无线数据传输模块52可以将传感器发出的电信号转化成数字信号通过无线网络传输出去。

所述电器柜41包含网络信号接收模块盒36、数据输出模块盒37、物联网模块盒38、显示屏39和柜门42；所述网络信号接收模块盒36、数据输出模块盒37和物联网模块盒38从左向右分别设置在电器柜41的上方，电器柜41的下方从左向右分别设置有振动监测模块盒43、位移监测模块盒44、摆度监测模块盒45、温度监测模块盒46和转速监测模块盒47；各个模块通过轨道48设置于相应的模块盒中；所述电器柜41的后侧内壁上设置有信号插头49和电源插头50，可以分别给模块提供电力和信号传输；所述电器柜41的前端设置有柜门42，柜门42可以关闭或打开；所述电器柜41前端上部设置有斜面40，所述斜面40位于柜门42上方，斜面40上安装有显示屏39，方便信息的读取。

所述压电式振动传感器12包含外壳12.1、弹簧12.2和质量块12.3；所述外壳12.1的底部是基座12.5，基座12.5的上层设置有压电晶片12.4，压电晶片12.4被挤压之后产生电荷，压电晶片12.4的上方设置有质量块12.3，质量块12.3上方设置有处于预压状态的弹簧12.2；所述外壳12.1的侧面开设有信号输出口12.6，压电晶片12.4的中间连接有电极12.7，用来传输压电晶片12.4中电荷产生的电信号，电极12.7穿过信号输出口12.6，连接无线数据传输模块52。

Claims (4)

1.一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，其特征在于：包含水泵状态监测装置（51）、网络信号接收模块（21）、振动监测模块（22）、位移监测模块（32）、摆度监测模块（33）、温度监测模块（34）、转速监测模块（35）、数据输出模块（25）和电器柜（41）；所述水泵状态监测装置（51）连接网络信号接收模块（21）；所述网络信号接收模块（21）分别连接振动监测模块（22）、位移监测模块（32）、摆度监测模块（33）、温度监测模块（34）和转速监测模块（35）；振动监测模块（22）、位移监测模块（32）、摆度监测模块（33）、温度监测模块（34）和转速监测模块（35）内部都设置有滤波电路（23）和主芯片（24）；振动监测模块（22）、位移监测模块（32）、摆度监测模块（33）、温度监测模块（34）和转速监测模块（35）分别连接数据输出模块（25），数据输出模块（25）内部设置有信息处理模块（27），数据输出模块（25）内部设置有通讯模块（26）；所述数据输出模块（25）连接信息显示模块（28），数据输出模块（25）另一个接口连接物联网模块（29）；所述物联网模块（29）连接云端服务器（30）；所述云端服务器（30）连接移动端设备（31）。

2.根据权利要求1所述的一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，其特征在于： 所述水泵状态监测装置（51）包含泵体（1）、叶轮（3）、霍尔传感器（6）、电涡流传感器（9）、压电式振动传感器（12）、温度传感器（15）和激光位移传感器（20）；所述泵体（1）的前端开设有入口（2），入口（2）的后方设置有叶轮（3），叶轮（3）上方开设有出口（4）；所述叶轮（3）设置在轴（14）的前端；叶轮（3）的后方设置有机械密封（5）；机械密封（5）的后方的轴（14）上设置有磁块（7），磁块（7）的同一个竖直平面的下方泵体（1）上设置有霍尔传感器（6）；所述磁块（7）后方的轴（14）上设置有金属套（8），金属套（8）的同一竖直平面上方和右侧泵体（1）上均设置有电涡流传感器（9），两个电涡流传感器（9）之间呈90度夹角；金属套（8）的后方的轴（14）上设置有支撑环（10），支撑环（10）的上下左右分别设置有支撑轮（13），支撑轮（13）将支撑环（10）夹紧在中间，支撑轮（13）的中心固定在支撑架（11）上，支撑架（11）的另一端连接压电式振动传感器（12）；泵体（1）后侧的轴（14）上设置有加强环（18），加强环（18）的周围设置有止推轴承（17），止推轴承（17）连接着止推轴承座（16），止推轴承座（16）固定在泵体（1）上；止推轴承座（16）上设置有温度传感器（15）；泵体（1）的后侧设置有电机（19），电机（19）和泵体（1）通过轴（14）连接；轴（14）的后端伸出电机（19），轴（14）的正后方、正下方和正右方均设置有激光位移传感器（20）；泵体（1）的后方下端设置有无线数据传输模块（52），霍尔传感器（6）、电涡流传感器（9）、压电式振动传感器（12）、温度传感器（15）和激光位移传感器（20）分别连接无线数据传输模块（52）。

3.根据权利要求1所述的一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，其特征在于：所述电器柜（41）包含网络信号接收模块盒（36）、数据输出模块盒（37）、物联网模块盒（38）、显示屏（39）和柜门（42）；所述网络信号接收模块盒（36）、数据输出模块盒（37）和物联网模块盒（38）从左向右分别设置在电器柜（41）的上方，电器柜（41）的下方从左向右分别设置有振动监测模块盒（43）、位移监测模块盒（44）、摆度监测模块盒（45）、温度监测模块盒（46）和转速监测模块盒（47）；各个模块通过轨道（48）设置于相应的模块盒中；所述电器柜（41）的后侧内壁上设置有信号插头（49）和电源插头（50）；所述电器柜（41）的前端设置有柜门（42）；所述电器柜（41）的前端上部设置有斜面（40），斜面（40）位于柜门（42）上方，所述斜面（40）上安装有显示屏（39）。

4.根据权利要求2所述的一种全自动水泵状态监测和故障诊断系统，其特征在于：所述压电式振动传感器（12）包含外壳（12.1）、弹簧（12.2）和质量块（12.3）；所述外壳（12.1）的底部是基座（12.5），基座（12.5）的上层设置有压电晶片（12.4），压电晶片（12.4）的上方设置有质量块（12.3），质量块（12.3）上方设置有处于预压状态的弹簧（12.2）；所述外壳（12.1）的侧面开设有信号输出口（12.6），压电晶片（12.4）的中间连接有电极（12.7），电极（12.7）穿过信号输出口（12.6），连接无线数据传输模块（52）。

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