CN115788887A - 基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及罗茨鼓风机监管预警技术，用于解决罗茨鼓风机监管系统无法准确判断故障位置，过于依赖人工进行研判的问题，具体为基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统；本发明中，通过利用罗茨鼓风机停机后的温度下降过程来分析罗茨鼓风机的散热能力，从而对罗茨鼓风机的运行过热原因进行判断，提高故障位置预测的准确率，在罗茨鼓风机运行的过程中，通过对罗茨鼓风机扇叶的每个气体腔有效输出的气体量分析，能够及时的发现罗茨鼓风机的漏气现象，通过对罗茨鼓风机的多种故障信号进行综合分析，从而使得监管系统对罗茨鼓风机的故障判断更加准确，提高系统发现故障的准确率，又能够对故障进行可视化预警。

Description

基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统

技术领域

本发明涉及罗茨鼓风机监管预警技术，具体为基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统。

背景技术

罗茨鼓风机广泛应用于水产养殖增氧、污水处理曝气等方面，更适用于低压力场合的气体输送和加压系统，罗茨鼓风机进气腔的空气在叶轮转动的过程中，被两个叶片所形成密封腔不断地带到排气腔，又因为排气腔内的叶轮是相互啮合的，从而把两个叶片之间的空气挤压出来，这样连续不停的运转，空气就源源不断地从进气口输送到出气口，完成气体运输的工作，现在的罗茨鼓风机基本都采用三叶转子结构形式及合理的壳体内进出风口处的结构，所以风机振动小、噪声低；

目前，现有的罗茨鼓风机缺少有效的工况监管预警系统，大多数监管系统仅能实现工作过程中的电流、功率等简单监测判断，而无法准确的监管预测出罗茨鼓风机故障发生的可能位置，导致罗茨鼓风机出现故障时只能通过人工拆解进行判断，从而无法发现一些运行过程中才会暴露出的故障，同时人工拆解判断故障过于依赖工人的经验，并且具有主观性，不理由实现罗茨鼓风机的监管与预警；

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明中，在获取罗茨鼓风机运行温度后，通过利用罗茨鼓风机停机后的温度下降过程来分析罗茨鼓风机的散热能力，从而对罗茨鼓风机的运行过热原因进行判断，避免罗茨鼓风机过热时需要工作人员对设备进行拆解再人工依靠经验判断的过程，提高故障位置预测的准确率，同时简化维护检修流程，在罗茨鼓风机运行的过程中，通过对转速与出风量的分析，得出罗茨鼓风机扇叶的每个腔能够有效输出的气体量，从而对罗茨鼓风机的运行效率以及气密性进行分析，能够及时的发现罗茨鼓风机的漏气现象，通过对罗茨鼓风机的多种故障信号进行综合分析，从而使得监管系统对罗茨鼓风机的故障判断更加准确，提高系统发现故障的准确率，同时通过预警系统根据已发生的故障对运行参数进行调整，既能进一步复检故障位置，又能够对故障进行可视化预警，从而防止故障继续扩大造成严重的经济损失，解决罗茨鼓风机监管系统无法实现自主预警功能，同时无法准确判断故障位置，过于依赖人工进行研判的问题，而提出基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，包括数据采集单元、分析单元、自检单元、预警单元和输出单元，所述数据采集单元用于采集罗茨鼓风机运行过程中的设备数据，设备数据包括温度数据、转速数据、出风量数据、振动数据以及运行时间数据，并将上述设备数据发送至分析单元，其中温度数据为罗茨鼓风机实时温度，转速数据为罗茨鼓风机的轴承转速，出风量数据为罗茨鼓风机出风口的流量，振动数据为罗茨鼓风机的振动强度；

所述分析单元收到设备数据后，对设备数据中的温度数据进行处理，将温度数据与预设的温度范围进行比对，若温度数据大于预设的温度范围上限值，则生成自检信号，并将自检信号发送至自检单元，若温度数据小于预设温度范围的下限值，则生成低温信号，若温度数据位于预设的温度范围区间内，则生成温度正常信号，并将温度正常信号或低温信号发送至输出单元；

所述分析单元对设备数据中的转速数据与风量数据进行处理，根据公式分析转速数据和风量数据的关系，并判断出罗茨鼓风机的出风量与转速数据之间是否符合良好工况下的关系，根据判断结果生成良好信号或磨损信号，并将良好信号或磨损信号同时发送至输出单元与自检单元；

所述分析单元对设备数据中的振动数据进行分析，将振动数据与振动阈值进行比对，若振动数据＞振动阈值，则生成振动检修信号，并将振动检修信号发送至输出单元，若振动数据≤振动阈值，则不作出反应；

所述自检单元用于接收自检信号，并在接收到自检信号后进入自检程序，通过自检程序判断罗茨鼓风机高温或低温产生的原因，并将判断结果输出至分析单元，所述分析单元再将结果发送至输出单元以及预警单元；

输出单元用于收到的各种信号进行可视化显示，提醒管理员对设备进行维护检查。

作为本发明的一种优选实施方式，所述自检单元进入自检程序后，等待罗茨鼓风机关闭后启动自检程序，当罗茨鼓风机关闭时，自检单元通过数据采集单元获取关闭时的温度，并每隔一定间隔对罗茨鼓风机的温度进行采集，将采集到的温度记录为Ti，i＝1，2，…，m，…，n，当n为偶数时，m＝n/2，当n为奇数时，m＝(n+1)/2；数据采集单元采集Ti时的时间间隔记录为t，得到温度差值Xi＝Ti-T(i+1)，该温度差值下的降温速度Ci＝Xi/t，对温度差值进行处理，当n为偶数时，得到平均降温速度

当n为奇数时，得到平均降温速度

将平均降温速度Y与降温速度阈值Y0进行比较，若平均降温速度Y≥降温速度阈值Y0，则生成风机过发热信号，若平均降温速度Y＜降温速度阈值Y0，则生成散热故障信号，自检单元将风机过发热信号或散热故障信号发送至输出单元。

作为本发明的一种优选实施方式，所述分析单元将转速数据中转速记录为R，出风量记录为F，根据公式得到净出风率K＝F/3R*100％，所述分析单元将净出风率K与预设的净出风率阈值K0进行比较，若净出风率K≥预设的净出风率K0，则生成良好信号，若净出风率K＜预设的净出风率K0，则生成磨损信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述输出单元同时收到低温信号与振动检修信号时，在显示屏上显示“润滑系统低温”文本，并向预警单元发送延长启动信号；

当输出单元同时收到磨损信号与振动检修信号时，在显示屏上显示“叶轮异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号；

当输出单元同时收到过发热信号、振动检修信号和良好信号时，在显示屏上显示“轴承异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预警单元收到延长启动信号时，控制罗茨鼓风机启动热机时间延长，所述预警单元收到功率限制信号时，降低罗茨鼓风机的最大运行功率。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预警单元延长罗茨鼓风机启动热机时间后，再次收到延长启动信号时，则生成设备故障信号，所述预警单元降低罗茨鼓风机最大运行功率后，若再次收到功率限制信号时，则生成设备故障信号，所述预警单元生成设备故障信号后，将设备故障信号发送至输出单元，所述输出单元收到设备故障信号后，发出声光报警，提醒管理员进行停机检修。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，在获取罗茨鼓风机运行温度后，通过利用罗茨鼓风机停机后的温度下降过程来分析罗茨鼓风机的散热能力，从而对罗茨鼓风机的运行过热原因进行判断，避免罗茨鼓风机过热时需要工作人员对设备进行拆解再人工依靠经验判断的过程，提高故障位置预测的准确率，同时简化维护检修流程。

2、本发明中，在罗茨鼓风机运行的过程中，通过对转速与出风量的分析，得出罗茨鼓风机扇叶的每个腔能够有效输出的气体量，从而对罗茨鼓风机的运行效率以及气密性进行分析，能够及时的发现罗茨鼓风机的漏气现象。

3、本发明中，通过对罗茨鼓风机的多种故障信号进行综合分析，从而使得监管系统对罗茨鼓风机的故障判断更加准确，提高系统发现故障的准确率，同时通过预警系统根据已发生的故障对运行参数进行调整，既能进一步复检故障位置，又能够对故障进行可视化预警，从而防止故障继续扩大造成严重的经济损失。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，包括数据采集单元、分析单元、自检单元、预警单元和输出单元，数据采集单元用于采集罗茨鼓风机运行过程中的设备数据，设备数据包括温度数据、转速数据、出风量数据、振动数据以及运行时间数据，并将上述设备数据发送至分析单元，其中温度数据为罗茨鼓风机实时温度，通过红外温度计得到，转速数据为罗茨鼓风机的轴承转速，通过转速计得到，出风量数据为罗茨鼓风机出风口的流量，通过流量计得到，振动数据为罗茨鼓风机的振动强度，通过振动传感器得到；

分析单元收到设备数据后，对设备数据中的温度数据进行处理，将温度数据与预设的温度范围进行比对，若温度数据大于预设的温度范围上限值，则生成自检信号，并将自检信号发送至自检单元，若温度数据小于预设温度范围的下限值，则生成低温信号，输出单元单独收到低温信号时，降低主动式降温设备的功率，以保证罗茨鼓风机内部的润滑油能够在适宜的温度下进行工作，保证润滑油的流动性，若温度数据位于预设的温度范围区间内，则生成温度正常信号，并将温度正常信号或低温信号发送至输出单元，自检单元收到自检信号后进入自检状态，自检状态下的自检系统等待罗茨鼓风机关闭后启动自检程序，当罗茨鼓风机关闭时，自检单元通过数据采集单元获取关闭时的温度，此时温度为罗茨鼓风机关机时的初始温度，并每隔一定间隔对罗茨鼓风机的温度进行采集，直至罗茨鼓风机的温度稳定至不再下降，将采集到的温度记录为Ti，i＝1，2，…，m，…，n，当n为偶数时，m＝n/2，当n为奇数时，m＝(n+1)/2；数据采集单元采集Ti时的时间间隔记录为t，得到温度差值Xi＝Ti-T(i+1)，该温度差值下的降温速度Ci＝Xi/t，对温度差值进行处理，当n为偶数时，得到平均降温速度

当n为奇数时，得到平均降温速度

通过逐差法对每两个相邻的温度数据点之间的降温速度进行平均，能够最大限度的利用所采集到的数据，使得所得到平均降温速度Y更加贴合实际；将平均降温速度Y与降温速度阈值Y0进行比较，若平均降温速度Y≥降温速度阈值Y0，说明罗茨鼓风机的散热能力达标，处于正常状态，因此罗茨鼓风机在运行过程中的过热现象是由罗茨鼓风机的发热量过大而导致，则生成风机过发热信号，若平均降温速度Y＜降温速度阈值Y0，说明罗茨鼓风机的散热速度低于正常值，出现故障，则罗茨鼓风机在工作过程中的过热现象是由于散热系统出现故障所导致的，则生成散热故障信号，自检单元将风机过发热信号或散热故障信号发送至输出单元。

分析单元对设备数据中的转速数据与风量数据进行处理，根据公式分析转速数据和风量数据的关系，并判断出罗茨鼓风机的出风量与转速数据之间是否符合良好工况下的关系，判断方法为：分析单元将转速数据中转速记录为R，出风量记录为F，根据公式得到净出风率K＝F/3R*100％，其中3为罗茨风机叶轮上的叶数，三叶式的罗茨鼓风机每转动一周，则会有三个气体腔经过出风口，若罗茨鼓风机为两叶式的叶轮，则该值为2,分析单元将净出风率K与预设的净出风率阈值K0进行比较，若净出风率K≥预设的净出风率K0，则生成良好信号，证明罗茨鼓风机的气密性好，每个气体腔内的气体利用率仍在可接受范围内，若净出风率K＜预设的净出风率K0，说明罗茨鼓风机每个气体腔实际能够从出风口所输出的气体量较少，则生成磨损信号，并将良好信号或磨损信号同时发送至输出单元与自检单元，输出单元单独收到磨损信号时，在显示屏上显示“风机漏气”文本，提醒管理员进行检查。

分析单元对设备数据中的振动数据进行分析，将振动数据与振动阈值进行比对，若振动数据＞振动阈值，则生成振动检修信号，并将振动检修信号发送至输出单元，若振动数据≤振动阈值，则不作出反应，输出单元单独收到振动检修信号时，在显示屏上显示“机体异常振动”文本，以提醒管理员进行检查；

输出单元用于收到的各种信号进行可视化显示，提醒管理员对设备进行维护检查，包括：输出单元同时收到低温信号与振动检修信号时，说明设备运行温度较低，机油有可能出现黏稠度过高、润滑能力不足的情况，而振动检修信号说明设备振动幅度较大，该振动恰好可能是由于低温所引起的，因此在显示屏上显示“润滑系统低温”文本，并向预警单元发送延长启动信号，通过延长启动时间，以增加设备暖机的时间，使得润滑油能够充分的分布在设备内的传动部件上，同时使得润滑油尽可能的被加热到适宜的温度，以减少设备的振动，从而起到同时消除低温信号与振动检修信号的作用；

当输出单元同时收到磨损信号与振动检修信号时，磨损信号说明罗茨鼓风机负责空气输送的叶轮出现了故障，而振动检修信号有可能是由于叶轮部分损坏或叶轮的磨损不均而导致的叶轮偏心转动引起，此时最有可能发生故障的部分为叶轮，在显示屏上显示“叶轮异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号，减小罗茨鼓风机的转速从而防止偏心叶轮的转速过快导致轴承发生金属疲劳或者断裂，同时也能够防止罗茨鼓风机的安装脚垫由于高频振动而损坏甚至罗茨鼓风机掉落；

当输出单元同时收到过发热信号、振动检修信号和良好信号时，过发热信号表明罗茨鼓风机在运行过程中产生的热量过大，可能是有轴承摩擦、电路短路等引起的，而良好信号表明罗茨鼓风机的气密性良好，振动检修信号表明设备出现较大振动，因此该振动最可能是由于轴承摩擦所引起的，在显示屏上显示“轴承异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号，通过限制罗茨鼓风机的转速防止轴承过热发生退火、过量磨损等容易导致设备核心部件损坏的故障；

预警单元延长罗茨鼓风机启动热机时间后，再次收到延长启动信号时，则生成设备故障信号，预警单元降低罗茨鼓风机最大运行功率后，若再次收到功率限制信号时，则生成设备故障信号，证明经过预警单元的自动调整后，故障仍未消除，则该设备以无法继续运行，为防止更大经济损失，通过生成设备故障信号的方式进行人工检修，预警单元生成设备故障信号后，将设备故障信号发送至输出单元，输出单元收到设备故障信号后，发出声光报警，提醒管理员进行停机检修。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，包括数据采集单元、分析单元、自检单元、预警单元和输出单元，所述数据采集单元用于采集罗茨鼓风机运行过程中的设备数据，设备数据包括温度数据、转速数据、出风量数据、振动数据以及运行时间数据，并将上述设备数据发送至分析单元，其中温度数据为罗茨鼓风机实时温度，转速数据为罗茨鼓风机的轴承转速，出风量数据为罗茨鼓风机出风口的流量，振动数据为罗茨鼓风机的振动强度；

所述分析单元收到设备数据后，对设备数据中的温度数据进行处理，将温度数据与预设的温度范围进行比对，若温度数据大于预设的温度范围上限值，则生成自检信号，并将自检信号发送至自检单元，若温度数据小于预设温度范围的下限值，则生成低温信号，若温度数据位于预设的温度范围区间内，则生成温度正常信号，并将温度正常信号或低温信号发送至输出单元；

所述分析单元对设备数据中的转速数据与风量数据进行处理，根据公式分析转速数据和风量数据的关系，并判断出罗茨鼓风机的出风量与转速数据之间是否符合良好工况下的关系，根据判断结果生成良好信号或磨损信号，并将良好信号或磨损信号同时发送至输出单元与自检单元；

所述分析单元对设备数据中的振动数据进行分析，将振动数据与振动阈值进行比对，若振动数据＞振动阈值，则生成振动检修信号，并将振动检修信号发送至输出单元，若振动数据≤振动阈值，则不作出反应；

所述自检单元用于接收自检信号，并在接收到自检信号后进入自检程序，通过自检程序判断罗茨鼓风机高温或低温产生的原因，并将判断结果输出至分析单元，所述分析单元再将结果发送至输出单元以及预警单元；

输出单元用于收到的各种信号进行可视化显示，提醒管理员对设备进行维护检查。

2.根据权利要求1所述的基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，所述自检单元进入自检程序后，等待罗茨鼓风机关闭后启动自检程序，当罗茨鼓风机关闭时，自检单元通过数据采集单元获取关闭时的温度，并每隔一定间隔对罗茨鼓风机的温度进行采集，将采集到的温度记录为Ti，i＝1，2，…，m，…，n，当n为偶数时，m＝n/2，当n为奇数时，m＝(n+1)/2；数据采集单元采集Ti时的时间间隔记录为t，得到温度差值Xi＝Ti-T(i+1)，该温度差值下的降温速度Ci＝Xi/t，对温度差值进行处理，当n为偶数时，得到平均降温速度

当n为奇数时，得到平均降温速度

将平均降温速度Y与降温速度阈值Y0进行比较，若平均降温速度Y≥降温速度阈值Y0，则生成风机过发热信号，若平均降温速度Y＜降温速度阈值Y0，则生成散热故障信号，自检单元将风机过发热信号或散热故障信号发送至输出单元。

3.根据权利要求1所述的基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，所述分析单元将转速数据中转速记录为R，出风量记录为F，根据公式得到净出风率K＝F/3R*100％，所述分析单元将净出风率K与预设的净出风率阈值K0进行比较，若净出风率K≥预设的净出风率K0，则生成良好信号，若净出风率K＜预设的净出风率K0，则生成磨损信号。

4.根据权利要求1所述的基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，所述输出单元单独收到振动检修信号时，在显示屏上显示“机体异常振动”文本，并提醒管理员进行检修，所述输出单元单独收到磨损信号时，在显示屏上显示“风机漏气”文本，所述输出单元单独收到低温信号时，降低主动式降温设备的功率；

当输出单元同时收到低温信号与振动检修信号时，在显示屏上显示“润滑系统低温”文本，并向预警单元发送延长启动信号；

当输出单元同时收到磨损信号与振动检修信号时，在显示屏上显示“叶轮异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号；

当输出单元同时收到过发热信号、振动检修信号和良好信号时，在显示屏上显示“轴承异常”文本，并向预警单元发送功率限制信号。

5.根据权利要求1所述的基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，所述预警单元收到延长启动信号时，控制罗茨鼓风机启动热机时间延长，所述预警单元收到功率限制信号时，降低罗茨鼓风机的最大运行功率。

6.根据权利要求5所述的基于数据分析的罗茨鼓风机运行工况监管预警系统，其特征在于，所述预警单元延长罗茨鼓风机启动热机时间后，再次收到延长启动信号时，则生成设备故障信号，所述预警单元降低罗茨鼓风机最大运行功率后，若再次收到功率限制信号时，则生成设备故障信号，所述预警单元生成设备故障信号后，将设备故障信号发送至输出单元，所述输出单元收到设备故障信号后，发出声光报警，提醒管理员进行停机检修。

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