CN114934907B - 智能风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能风机，壳体内设有压缩风道，压缩风道内安装有风叶，压缩风道一端设有进风口，另一端设有排风口，主轴两端通过轴承支承在轴承座箱内，在主轴靠近动力输入端的一端设有检测块，在轴承座箱设有霍尔传感器，霍尔传感器与检测块配合用于检测主轴的转速；在轴承座箱内设有振动传感器，由霍尔传感器与振动传感器的组合检测风叶的平衡性能，振动传感器同时用于故障预警。本发明通过对转速和振动的联合监控，能够在线监测风机的运行状态，在早期即预警风机的故障，通过早期维护大幅延长风机的使用寿命。通过建立的流量、温度和转速联合监控模型，能够以另一个维度，对测风机的运行状态进行监测，能够将可能发生的事故阻止在初始状态下。

Description

智能风机

技术领域

本发明涉及送风或抽真空设备领域，特别是一种智能风机。

背景技术

风机是很多工业化生产中必不可少的设备，但是在恶劣的工况中，例如在输送腐蚀气体的工况中，例如中国专利文献CN1710285A中记载的结构，输送温度较高的气体的工况中，如何对风机的运行状态进行在线监测，以避免故障发展至难以挽回的程度是较大的技术难题。而且如何延长恶劣工况下风机的使用寿命也是较大的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能风机，能够在线监测风机的运行状态，以便于实现故障预测。优选的方案中，还能够延长风机的使用寿命。当然的，上述的功能要能够控制在合适的成本范围内。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种智能风机，壳体内设有压缩风道，压缩风道内安装有风叶，压缩风道一端设有进风口，另一端设有排风口，主轴两端通过轴承支承在轴承座箱内，在主轴靠近动力输入端的一端设有检测块，在轴承座箱设有霍尔传感器，霍尔传感器与检测块配合用于检测主轴的转速；

在轴承座箱内设有振动传感器，由霍尔传感器与振动传感器的组合检测风叶的平衡性能，振动传感器同时用于故障预警。

优选的方案中，振动传感器固定安装在轴承的轴承座下方；

振动传感器的输出波形经过傅里叶变换后，在时域与霍尔传感器的转速波形对齐，通过波形比较得出平衡调节相位。

优选的方案中，设备调试好之后，记录振动传感器的输出波形作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集振动传感器的输出波形与基准进行比较，若幅值或频率相对基准超出预设值，则控制系统发出故障预警。

优选的方案中，在压缩风道或排风口的位置设有热电偶，用于检测风的温度；

在主轴内还设有冷却液主管，冷却液主管与位于主轴一端的进液口连接，进液口用于与可调压力的供液装置连接；

冷却液主管与风叶上的冷却管连接；

根据检测的温度调节供液装置的供液压力，当温度超出预设值，则增加供液压力，当温度低于预设值，则降低供液压力。

优选的方案中，在主轴远离进液口的一端，在主轴的外壁固设有压力阀，冷却液主管与压力阀连接，压力阀位于第二轴承座箱内，第二轴承座箱作为冷却液循环箱。

优选的方案中，在风叶的风叶背板设有多个沿圆周分布的冷却管，冷却管与环形管连通，环形管与位于风叶根部的叶片支管连通，在风叶通孔内壁或主轴的外壁设有环形槽，环形槽通过主轴支管与冷却液主管连通，用于将冷却液传递到冷却管。

优选的方案中，所述的冷却管为螺旋管，螺旋管还用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道内壁之间的密封。

优选的方案中，在风叶的风叶前板还设有多个螺旋条，螺旋条用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道内壁之间的密封。

优选的方案中，在排风口或进风口还设有板式风速传感器，以标定的方式将板式风速传感器的数据与流量关联，建立流量、温度和转速联合监控模型，以调试好后的联合监控模型作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集流量、温度和转速的数据，并与联合监控模型进行比对，超出预设值，则控制系统发出故障预警。

优选的方案中，在风叶与轴承之间还设有氮气密封装置；

氮气密封装置的结构为：氮气进口通过连接管与半环壳体连接，半环壳体以两个半环对扣的结构套接在主轴上，在半环壳体内壁设有多个密封槽，半环石墨密封片安装在密封槽内，半环石墨密封片的端头设有互相咬合的齿状结构，以在安装时，两个半环的半环石墨密封片互相咬合密封连接，半环石墨密封片的内圈与主轴的外壁接触。

本发明提供了一种智能风机与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1、本发明的智能风机通过对转速和振动的联合监控，能够在线监测风机的运行状态，在早期即预警风机的故障，通过早期维护大幅延长风机的使用寿命。

2、本发明通过建立的流量、温度和转速联合监控模型，能够以另一个维度，对测风机的运行状态进行监测，尤其是涉及腐蚀性气体的工况，联合监控模型能够将可能发生的事故阻止在初始状态下。

3、本发明设置的包括冷却液主管的冷却液供应系统，能够对风叶实现在线降温，并且能够通过供液压力控制实现温度可调，以使工作温度保持恒定。

4、本发明设置的螺旋条和螺旋管的结构，能够利用离心力使风叶与压缩风道之间的缝隙的压力增大，以形成压力密封，大幅提高压缩风道内的压缩效率，经检测，风机的压缩比提高0.01~0.05，通常的压缩比为1.45~1.60之间。

5、本发明设置的氮气密封装置，采用半环的安装结构，安装和调节非常便利，有效的延长了轴承的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明整体结构剖视图。

图2为本发明的主轴和风叶的剖视图。

图3为本发明的风叶的前视图。

图4为本发明的风叶的后视图。

图5为本发明的氮气密封装置的主视图。

图6为本发明的氮气密封装置的左视剖视图。

图7为本发明的半环石墨密封片的主视示意图。

图8为本发明的转速和振动参数的时域曲线图。

图中：进风口1，压缩风道2，风叶前板3，第一风叶4，风叶背板5，润滑油加入口6，第一轴承7，主轴8，进液口9，振动传感器10，板式风速传感器11，涡腔12，排风口13，第二风叶14，热电偶15，氮气密封装置16，氮气进口161，连接管162，半环壳体163，半环石墨密封片164，密封槽165，第二轴承17，传动法兰18，霍尔传感器19，第二轴承座箱20，压力阀21，冷却液主管22，螺旋条23，螺旋管24，环形管25，叶片支管26，主轴支管27，环形槽28，配重块29，第一轴承座箱30，壳体31，检测块32。

具体实施方式

实施例1：

如图1中，一种智能风机，壳体31内设有压缩风道2，压缩风道2内安装有风叶，压缩风道2一端设有进风口1，另一端设有排风口13，主轴8两端通过轴承支承在轴承座箱内，优选的方案中，本例中，采用三轴承支承结构，其中右侧的轴承采用两个相对安装的角接触轴承，以使右端的主轴被可靠支承且轴向定位。左侧的轴承采用圆柱滚子轴承，允许主轴8在温度影响下具有一定的伸缩余量。

在主轴8靠近动力输入端的一端设有检测块32，在轴承座箱设有霍尔传感器19，霍尔传感器19与检测块32配合用于检测主轴8的转速；

在轴承座箱内设有振动传感器10，由霍尔传感器19与振动传感器10的组合检测风叶的平衡性能，振动传感器10同时用于故障预警，振动传感器10优选采用CA-YD-187TU10IEPE型-压电式高频应力波传感器。通过霍尔传感器19与检测块32的配合能够得到主轴8的转速，并且能够精确得到主轴8的转角，且从时间上与振动传感器10的数据相对应，如图8中所示，图中的水平轴即为时间，由此得出主轴8在哪个转角相位上存在平衡失常，便于调节主轴8和风叶的平衡性能，例如，随时清理壳体31内的风道，增加或修剪配重，使主轴8和风叶恢复平衡。

优选的方案如图1中，振动传感器10固定安装在轴承的轴承座下方；优选的，靠近动力输入端的为第二轴承座箱20，另一端的为第一轴承座箱30，本例中，优选将振动传感器10固定安装在轴承的轴承座下方的位置，振动传感器10采用加速度传感器，用于收集主轴8经过轴承传递给轴承座的振动信号，经检测，设置在该位置的振动传感器10对主轴8的振动反映更为清晰。减少了动力输入装置的干扰。

优选的，振动传感器10的输出波形经过傅里叶变换后，在时域与霍尔传感器19的转速波形对齐，通过波形比较得出平衡调节相位。如图8中所示。

优选的方案中，设备调试好之后，记录振动传感器10的输出波形作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集振动传感器10的输出波形与基准进行比较，若幅值或频率相对基准超出预设值，则控制系统发出故障预警。通常，振动传感器10的各阶波形在一定程度上反映了风机的运行状态，随着时间的推移，各阶波形会发生一定程度的变化。但是波形的变化基本会处于一定区域内，如果超出预设的区域，则可能是风机出现故障。通过不断的收集相关数据，振动波形变化与风机故障之间的联系能够更加清楚。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图1中，在压缩风道2或排风口13的位置设有热电偶15，用于检测风的温度；

如图2中，在主轴8内还设有冷却液主管22，冷却液主管22与位于主轴8一端的进液口9连接，进液口9用于与可调压力的供液装置连接；

冷却液主管22与风叶上的冷却管连接；

根据检测的温度调节供液装置的供液压力，当温度超出预设值，则增加供液压力，当温度低于预设值，则降低供液压力。在某些涉及热风的工况中，需要避免温度的急剧变化，以避免由于急剧的热胀冷缩造成风机的故障，因此对温度进行控制是必要的。

优选的方案如图1、2中，在主轴8远离进液口9的一端，在主轴8的外壁固设有压力阀21，冷却液主管22与压力阀21连接，压力阀21位于第二轴承座箱20内，第二轴承座箱20作为冷却液循环箱。压力阀21的作用在于使冷却液主管22和冷却管内的冷却液确保一定的压力，并且能够通过相变带走较多的热量，且利用压力阀21实现冷却液的带压循环。循环后的冷却液在冷却液循环箱内冷却后经过过滤再次输送至供液装置。本例中的供液装置采用隔膜泵或柱塞泵，通过在供液管路上设置电控溢流阀来调节冷却液的输入压力。因此，在本例中，冷却液的目的是避免温度的急剧变化。

优选的方案如图2、4中，在风叶的风叶背板5设有多个沿圆周分布的冷却管，冷却管与环形管25连通，环形管25与位于风叶根部的叶片支管26连通，在风叶通孔内壁或主轴8的外壁设有环形槽28，环形槽28通过主轴支管27与冷却液主管22连通，用于将冷却液传递到冷却管。经过检测，由于进入风在风叶背板5的位置换向，导致该位置的换热较为充分，也是整个风叶温度最高的位置，设置的冷却管能够将冷却液输送至风叶背板5，使风叶背板5与风叶其他位置的温度差距不会太大，避免风叶因温度梯度分布不均匀而导致变形。

优选的方案如图2、4中，所述的冷却管为螺旋管24，螺旋管24还用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道2内壁之间的密封。由此结构，通过随着风叶的旋转，螺旋管24能够在离心位置产生高压气流，从而强化与压缩风道2内壁之间的密封效果。

优选的方案如图2、3中，在风叶的风叶前板3还设有多个螺旋条23，螺旋条23用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道2内壁之间的密封。

优选的方案如图1中，在排风口13或进风口1还设有板式风速传感器11，板式风速传感器11采用悬臂结构的杆上设置靶板，当风吹过靶板时，是杆弯曲，在杆上设有电阻应变片或压电元件，以检测杆的弯曲程度得到风速。以标定的方式将板式风速传感器11的数据与流量关联，建立流量、温度和转速联合监控模型，以调试好后的联合监控模型作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集流量、温度和转速的数据，并与联合监控模型进行比对，超出预设值，则控制系统发出故障预警。即在正常工况下，流量与温度和转速是一个互相关联的数据集，当三者之间的数据偏离较大，则提示需要对风机进行维护，例如压缩风道2出现堵塞会导致流量降低，温度升高以及相同输入扭矩下转速下降。

实施例3：

在实施例1或2的基础上，优选的方案中，在风叶与轴承之间还设有氮气密封装置16；由此结构，能够很好的保护轴承，从而延长风机的使用寿命。

氮气密封装置16的结构为：氮气进口161通过连接管162与半环壳体163连接，半环壳体163以两个半环对扣的结构套接在主轴8上，在半环壳体163内壁设有多个密封槽165，半环石墨密封片164安装在密封槽165内，半环石墨密封片164的端头设有互相咬合的齿状结构，以在安装时，两个半环的半环石墨密封片164互相咬合密封连接，半环石墨密封片164的内圈与主轴8的外壁接触。本例中的结构，也能够单独的实施，被用于其他结构中。

优选的，主轴8上的风叶有多个，多个风叶沿着主轴的轴向布置，例如图1中，采用了双风叶的设计，以实现空气的两级压缩。

使用时，动力从传动法兰18输入，带动主轴8旋转，风从进风口1进入，在第一风叶4加速后在压缩风道2压缩，然后再次被第二风叶14加速后进一步压缩，经过涡腔12后从排风口13排出。根据热电偶15检测的问题，供液装置调节供液压力，使风叶背板5的位置保持温度恒定。将振动传感器10和霍尔传感器19检测的数据作为基础维护数据，用于调节平衡的参考以及风机故障的预警数据。将流量与温度和转速数据构件一个关联数据集，当在后继工况中检测到关联数据集超范围，即可启动风机故障的预警，通过不断的故障关联，获得关联数据集——风机具体故障数据集，从而进一步提高风机管理的智能化。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能风机，壳体（31）内设有压缩风道（2），压缩风道（2）内安装有风叶，压缩风道（2）一端设有进风口（1），另一端设有排风口（13），其特征是：主轴（8）两端通过轴承支承在轴承座箱内，在主轴（8）靠近动力输入端的一端设有检测块（32），在轴承座箱设有霍尔传感器（19），霍尔传感器（19）与检测块（32）配合用于检测主轴（8）的转速；

在轴承座箱内设有振动传感器（10），由霍尔传感器（19）与振动传感器（10）的组合检测风叶的平衡性能，振动传感器（10）同时用于故障预警；

在压缩风道（2）或排风口（13）的位置设有热电偶（15），用于检测风的温度；

在主轴（8）内还设有冷却液主管（22），冷却液主管（22）与位于主轴（8）一端的进液口（9）连接，进液口（9）用于与可调压力的供液装置连接；

冷却液主管（22）与风叶上的冷却管连接；

根据检测的温度调节供液装置的供液压力，当温度超出预设值，则增加供液压力，当温度低于预设值，则降低供液压力；

在主轴（8）远离进液口（9）的一端，在主轴（8）的外壁固设有压力阀（21），冷却液主管（22）与压力阀（21）连接，压力阀（21）位于第二轴承座箱（20）内，第二轴承座箱（20）作为冷却液循环箱；

在风叶的风叶背板（5）设有多个沿圆周分布的冷却管，冷却管与环形管（25）连通，环形管（25）与位于风叶根部的叶片支管（26）连通，在风叶通孔内壁或主轴（8）的外壁设有环形槽（28），环形槽（28）通过主轴支管（27）与冷却液主管（22）连通，用于将冷却液传递到冷却管；

所述的冷却管为螺旋管（24），螺旋管（24）还用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道（2）内壁之间的密封。

2.根据权利要求1所述的智能风机，其特征是：振动传感器（10）固定安装在轴承的轴承座下方；

振动传感器（10）的输出波形经过傅里叶变换后，在时域与霍尔传感器（19）的转速波形对齐，通过波形比较得出平衡调节相位。

3.根据权利要求1所述的智能风机，其特征是：设备调试好之后，记录振动传感器（10）的输出波形作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集振动传感器（10）的输出波形与基准进行比较，若幅值或频率相对基准超出预设值，则控制系统发出故障预警。

4.根据权利要求1所述的智能风机，其特征是：在风叶的风叶前板（3）还设有多个螺旋条（23），螺旋条（23）用于在旋转时，利用离心力加强与压缩风道（2）内壁之间的密封。

5.根据权利要求1所述的智能风机，其特征是：在排风口（13）或进风口（1）还设有板式风速传感器（11），以标定的方式将板式风速传感器（11）的数据与流量关联，建立流量、温度和转速联合监控模型，以调试好后的联合监控模型作为基准，后继使用过程中，每隔一段时间，采集流量、温度和转速的数据，并与联合监控模型进行比对，超出预设值，则控制系统发出故障预警。

6.根据权利要求1所述的智能风机，其特征是：在风叶与轴承之间还设有氮气密封装置（16）；

氮气密封装置（16）的结构为：氮气进口（161）通过连接管（162）与半环壳体（163）连接，半环壳体（163）以两个半环对扣的结构套接在主轴（8）上，在半环壳体（163）内壁设有多个密封槽（165），半环石墨密封片（164）安装在密封槽（165）内，半环石墨密封片（164）的端头设有互相咬合的齿状结构，以在安装时，两个半环的半环石墨密封片（164）互相咬合密封连接，半环石墨密封片（164）的内圈与主轴（8）的外壁接触。