CN112067310A - 一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气轮机健康状态监测技术领域，且公开了一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，包括应力波传感器、数据采集装置、数据接收装置和系统服务器，所述应力波传感器与所述数据采集装置信号连接，所述数据采集装置与所述数据接收装置信号连接，所述数据接收装置与所述系统服务器信号连接；通过应力波可以作为一种有效的对设备本体采用非侵入式监测的技术手段，应用于重型燃气轮机的故障诊断，并且系统的自动诊断和系统故障知识库在不断学习完善，对于在复杂工况中运行的设备，人工分析和系统智能诊断有机结合，能够显著提高工作效率和诊断效果。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机健康状态监测技术领域，具体为一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统。
背景技术
应力波能量监测能在第一时间提供需要进行维护的预警提示，这点对于用户来说是一个特别重要的考虑因素，因为某些部件或组件的更换需要很长的前置时间，而且与维护和修理辅助资产有关的费用和前置时间也十分可观，不幸的是，传统状态监控和评价技术必须依赖损伤进展，然后才能对这种情况提供操作和维护管理警告，而且因缩短了反应时间，增大了设备过早失效的风险，延长了等待备件和调配资源的停机时间。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，解决了传统状态监控和评价技术必须依赖损伤进展，然后才能对这种情况提供操作和维护管理警告，而且因缩短了反应时间，增大了设备过早失效的风险，延长了等待备件和调配资源的停机时间的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，包括应力波传感器、数据采集装置、数据接收装置和系统服务器，所述应力波传感器与所述数据采集装置信号连接，所述数据采集装置与所述数据接收装置信号连接，所述数据接收装置与所述系统服务器信号连接。
优选的，所述应力波传感器包括压电晶体和模拟信号调制器，所述压电晶体与所述模拟信号调制器电性连接。
优选的，所述模拟信号调制器包括高频带通滤波器和包络检波器。
优选的，所述数据采集装置包括数字处理器，所述数字处理器包括数模转化、应力波能量计算以及控制和显示功能。
优选的，所述数据接收装置可以是本系统计算机或者工场已经使用的DCS/PLC系统。
优选的，所述系统通过ModBus/TCP协议定期向所述数据采集装置询问每个所述应力波传感器的总应力波能量水平。
优选的，所述应力波传感器、所述数据采集装置、所述数据接收装置和所述系统服务器之间通过相关的信号电缆、连接线路转换器或者交换机连接。
（三）有益效果
本发明提供了一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，具备以下有益效果：
本发明通过应力波可以作为一种有效的对设备本体采用非侵入式监测的技术手段，应用于重型燃气轮机的故障诊断，并且系统的自动诊断和系统故障知识库在不断学习完善，对于在复杂工况中运行的设备，人工分析和系统智能诊断有机结合，能够显著提高工作效率和诊断效果，并且该系统可以将定期和被动维修模式转变为预测维修甚至是主动维修模式，从而最大程度上延长设备的使用寿命，能保证生产线的稳定运行，达到提高经济效益的最终目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的应力波故障诊断流程图。
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。
如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，包括应力波传感器、数据采集装置、数据接收装置和系统服务器，应力波传感器与数据采集装置信号连接，数据采集装置与数据接收装置信号连接，数据接收装置与系统服务器信号连接，使用的时候，将应力波传感器安装在燃气轮机设备的外表面，通过运行设备构件传输的摩擦、机械冲击和动态载荷的应力波信号是超声波频率，应力波传感器将应力波振幅转换为电信号，然后在应力波传感器中进行放大和滤波，以去除设备正常运动的低频噪声和振动能量，信号通过数据采集装置进行放大处理后转化为数据接收装置可以接收的数据标准，然后该数据被存储在系统服务器上，系统调用这些数据经过软件分析后生成诊断报告。
进一步的，应力波传感器包括压电晶体和模拟信号调制器，压电晶体与模拟信号调制器电性连接，压电晶体可以将应力波振幅转换为电信号，然后在模拟信号调制器中通过高频带通滤波器进行放大和滤波，以去除设备正常运动的低频噪声和振动能量。
进一步的，模拟信号调制器包括高频带通滤波器和包络检波器，高频带通滤波器可以对信号进行滤波，并输出仅有应力波的信号，然后通过包络检波器可以对信号进行解调，并输出应力波脉冲串SWPT，然后交由数据采集装置进行计算处理。
进一步的，数据采集装置包括数字处理器，数字处理器包括数模转化、应力波能量计算以及控制和显示功能。
进一步的，数据接收装置可以是本系统计算机或者工场已经使用的DCS/PLC系统。
进一步的，系统通过ModBus/TCP协议定期向数据采集装置询问每个应力波传感器的总应力波能量水平。
进一步的，应力波传感器、数据采集装置、数据接收装置和系统服务器之间通过相关的信号电缆、连接线路转换器或者交换机连接。
综上可得，本发明的工作流程：使用的时候，应力波传感器安装在燃气轮机设备的外表面，通过运行设备构件传输的摩擦、机械冲击和动态载荷的应力波信号是超声波频率，应力波传感器中的压电晶体将应力波振幅转换为电信号，然后在模拟信号调制器中通过高频带通滤波器进行放大和滤波，以去除设备正常运动的低频噪声和振动能量，信号通过数据采集装置进行放大处理后转化为本系统计算机或工厂已经使用的DCS /PLC 系统可以接收的数据标准，该数据被存储在系统服务器上，系统调用这些数据经过软件分析后生成诊断报告。
现场的监测系统通过ModBus/TCP协议定期向数据采集装置询问每个应力波传感器的总应力波能量水平，然后在系统中按其他标量数据表达(如温度、功率和电压数点)的相同方式处理总应力波能量水平，系统的所有功率和实用工具可以相似地应用在应力波能量水平上，包括警告和报警阈值的应用，总应力波能量水平可以在人机界面显示，也可以直接通过ModBus/TCP询问，提供给其他现场应用系统或从数据库获得。
应力波监测软件连续获取应力波能量和应力波峰值振幅值，并根据用户自定义的时间间隔或用户可定义的基于定制参数的触发器，定期获取应力波脉冲序列的完整数字记录。数字记录捕获往往由应力波能量和/或应力波峰值振幅值中的上升触发。应力波检测软件自动运用获得专利的信号处理和模式识别算法判断是否存在任何异常，如果存在异常，则确定这个异常是操作造成的还是损伤造成的，或者仅仅是一种状态的征兆，如果忽略它而继续运行则会导致损伤。
基于比较分析的报告系统可快速浏览现场和每台设备的状态变化。通过使用动态“机架堆叠”排序技术，人们可以作出应该重点关注哪些设备的决策。这种动态Pareto图可以由设备配置。动态“机架堆叠”根据条件指数驱动，使得每次捕获一个数字记录时， 评级就会更新一次。这一特色将起到“监督明细表”的作用，以便协助资源调度和规划。如果用户看见一台正在提示出问题(黄色或红色状态指示)的设备，那么“单击”表中的这台设备将出现提供该设备具体细节的页面。用户可以看到安装在该设备上的每个传感器的当前状态评级，以及有关设置这些评级的条件指数值的具体信息。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，包括应力波传感器、数据采集装置、数据接收装置和系统服务器，其特征在于：所述应力波传感器与所述数据采集装置信号连接，所述数据采集装置与所述数据接收装置信号连接，所述数据接收装置与所述系统服务器信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述应力波传感器包括压电晶体和模拟信号调制器，所述压电晶体与所述模拟信号调制器电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述模拟信号调制器包括高频带通滤波器和包络检波器。
4.根据权利要求1所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述数据采集装置包括数字处理器，所述数字处理器包括数模转化、应力波能量计算以及控制和显示功能。
5.根据权利要求1所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述数据接收装置可以是本系统计算机或者工场已经使用的DCS/PLC系统。
6.根据权利要求1所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述系统通过ModBus/TCP协议定期向所述数据采集装置询问每个所述应力波传感器的总应力波能量水平。
7.根据权利要求1所述的一种运用非侵入式高频超声应力波燃气轮机健康状态监测系统，其特征在于：所述应力波传感器、所述数据采集装置、所述数据接收装置和所述系统服务器之间通过相关的信号电缆、连接线路转换器或者交换机连接。
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