CN201583405U

CN201583405U - 一种动力设备故障监测预报系统

Info

Publication number: CN201583405U
Application number: CN2010201018245U
Authority: CN
Inventors: 徐小力; 王立勇; 王红军; 谷玉海
Original assignee: Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2020-01-27

Abstract

本实用新型涉及一种动力设备故障监测预报系统，它包括一设置在试验台支架上的往复式发动机，往复式发动机内油底壳的放油口处经取油装置后，依次连接油液预处理器和油液数据分析存储模块，油液数据分析存储模块的输出端连接故障诊断模块；往复式发动机内的飞轮和火花塞分别连接磁电传感器和电压传感器；往复式发动机内气缸顶部的火花塞安装孔连接压力传感器，气缸的出气口连接温度传感器，气缸的顶部连接振动传感器和超声波传感器，所有传感器将检测到的信号都经过电缆输入信号调理箱；信号调理箱的输出端经模数转化模块和数据采集模块后，送入故障诊断模块。本实用新型采集手段全面，并能满足故障预报及监测功能，诊断精度较高。本实用新型可以广泛应用于各种往复机械设备中。

Description

一种动力设备故障监测预报系统

技术领域

本实用新型涉及一种机械故障预报监测方法，特别是关于一种用于往复机械领域中的动力设备故障监测预报系统。

背景技术

往复机械是用于石油、化工、冶金、动力等工业领域的一类关键动力设备，在生产中起着人体“心脏”的作用。但由于往复机械的结构和运动形式比较复杂，其关键运动部件有连杆、曲轴、十字头、活塞杆、活塞等，其中连杆、曲轴做旋转运动，十字头为旋转运动和直线往复运动的交汇点，活塞杆、活塞在气缸中作直线往复运动，上述运动的复杂性，使得往复机械在生产中的故障率非常高，一旦某一部分发生故障，就会造成巨大的经济损失和人员伤亡事故。近几年来国内外的机械故障诊断技术发展迅速，研究的手段和方法日新月异，特别是在旋转机械领域内已取得了较好的应用效果。然而，对于柴油机、压缩机、往复泵等往复式机械，尽管国内外的有关学者已经在这方面进行了大量的研究工作，但因其结构复杂、激励源多以及运行不平稳等特点，其实际应用仍未取得令人满意的效果。

往复机械故障诊断方法多局限在实验室内的模拟阶段，实用性还远未达到现场要求。主要困难表现在：信号的非平稳性、信号的重叠性、诊断模型的多样性，往复机械结构和运动状态相当复杂而且型号很多，难以归纳出共性。适用于某型号的往复机械的分析方法，对另一型号的往复机械未必可行，例如，基于故障机理的诊断方法因往复机械结构的复杂性而逐渐被放弃；故障树诊断法由于其诊断方法粗糙而诊断精度不高；瞬时转速波动诊断法虽然能够反映故障信息，但是该方法不能分析出故障的具体原因，也不能对故障进行准确定位，而且测量瞬时转速波动需要高频响、高精度的仪器，成本高。目前对于往复机械的检测技术，世界上通常采用跟踪分析方法，是采用以曲轴转速计脉冲信号作为采集振动数据的外部时钟，并通过跟踪过滤器装置将振动信号采集到计算机中进行分析和判定。由于此方法对转速采集精度要求很高，在实际用于往往会产生测量不准的现象，而且它还需要一个跟踪过滤器装置来实现对振动信号的过滤，所以成本相对较高，而且分析结果离散性高，稳定性偏低，不利于实际推广应用。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种适用较为广泛、能实现故障预报功能、诊断精度较高且成本较低的动力设备故障监测预报系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：它包括一设置在试验台支架上的往复式发动机，所述往复式发动机内油底壳的放油口处经一取油装置后，依次连接一油液预处理器和一油液数据分析存储模块，所述油液数据分析存储模块的输出端连接一故障诊断模块；所述往复式发动机内的飞轮和火花塞分别连接一磁电传感器和一电压传感器；所述往复式发动机内气缸顶部的火花塞安装孔连接一压力传感器，所述气缸的出气口连接一温度传感器，所述气缸的顶部连接一振动传感器和一超声波传感器，所有所述传感器将检测到的信号都经过电缆输入一信号调理箱；所述信号调理箱的输出端经一模数转化模块和数据采集模块后，送入所述故障诊断模块。

所述取油装置包括一取样接头，所述取样转接头的输入端穿过往复发动机内油底壳底部，且与所述油底壳底部为螺纹连接，所述取样接头的输出端螺纹连接一快速接头的输入端，所述快速接头的输出端螺纹连接一取样油管的输入端，所述取样油管的输出端与一球形阀门螺纹连接，所述球形阀门的输出端螺纹连接一喷油嘴；所述球形阀门上设置有一开关手柄。

所述取样头与所述油底壳底部连接处，以及所述取样油管的输出端与所述球形阀门连接处均设置有一密封垫；所述取样头的输出端与所述取样油管的输入端连接处设置有一O型密封圈。

所述取样头的输入端伸入所述油底壳内的高度为80～100mm。

所述信号调理箱内设置有两个低通滤波器、一个频压转换模块、四个电压隔离模块、两个带通滤波器、一个电流隔离模块、一个信号衰减模块和一个电阻/电压转换模块；所述磁电传感器和压力传感器将检测到的信号分别经一所述低通滤波器后，分别输入所述频压转换模块和一所述电压隔离模块；所述振动传感器和超声波传感器检测到的信号分别经一所述带通滤波器后，分别输入一所述电压隔离模块和电流隔离模块，并经所述模数转化模块由所述数据采集模块进行采集；所述电压传感器和温度传感器检测到的信号分别经所述信号衰减模块和电阻/电压转换模块后，分别输入一所述电压隔离模块，经所述模数转化模块由所述数据采集模块进行采集。

所述磁电传感器与所述飞轮的连接位置与往复机械曲轴上的止点相对应。

所述磁电传感器接触端与所述往复式发动机上所述飞轮触发点之间的距离为2～3mm。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于采用磁电传感器、压力传感器、温度传感器、振动传感器、超声波传感器及电压传感器对往复机械进行信号采集，同时还利用油液分析技术对发动机内的油液进行数据分析，将各传感器的数据和油样分析数据送入故障诊断模块内，对设备进行故障监测和故障预报，其系统信号采集手段全面，因此扩大了使用范围，同时满足了故障预报及监测功能，诊断精度较高。2、本实用新型由于利用磁电传感器采集曲轴相位信号，进而使得其他传感器开始进行采集各种信号，各信号采集基于曲轴相位进行，因此使得数据结果显示直观、易懂。3、本实用新型由于采用一取油装置对往复式发动机内油底壳中的油液进行取样，该取油装置由取样头、快速接头、油管、球形阀门和喷油嘴组成，其结构简单，使用方便。4、本实用新型由于将信号采集、数据处理分析和故障监测预报等功能集成一体，使得本实用新型的实验系统集成化程度较高，因此大大提高了本实用新型的应用范围。因此本实用新型可以广泛应用于各种大型内燃机、压缩机和往复泵等往复机械设备中。

附图说明

图1是本实用新型的整体实验系统结构示意图，

图2是本实用新型的取油装置结构示意图，

图3是本实用新型的信号调理箱结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型包括一往复式发动机1，往复式发动机1设置在一试验台支架(图中未示出)上。往复式发动机1内油底壳2的放油口处与一取油装置3的输入端连接，取油装置3的输出端依次通过一油液预处理器4和一油液数据分析存储模块5连接到一故障诊断模块6。往复式发动机1内的飞轮7和火花塞8分别连接一磁电传感器9和一电压传感器10；且往复式发动机1内气缸11顶部的火花塞安装孔连接一压力传感器12，气缸11的出气口连接一温度传感器13，气缸11的顶部连接一振动传感器14和一超声波传感器15，所有传感器将检测到的信号都经过电缆输入一信号调理箱16内，去除信号干扰。处理后的信号由信号调理箱16的输出端经一A/D转化模块17(模拟/数字转化模块)和数据采集模块18后，送入故障诊断模块6内进行故障监测和预报。

如图2所示，本发明的取油装置3包括一转接头301，转接头301的输入端穿过往复发动机1内油底壳2底部，与油底壳2底部连接处为螺纹连接，且在连接处设置有一用于防止漏油的密封垫302。转接头301的输出端螺纹连接一油管303的输入端，且在该连接处设置有一O型密封圈304，油管303的输出端经另一密封垫305与一球形阀门306螺纹连接，球形阀门306的输出端螺纹连接一喷油嘴307。油底壳2内的油液由喷油嘴307喷入取样瓶内，以便进行油液分析。

上述实施例中，球形阀门307上设置有一开关手柄309，当开关手柄309与取样油管305互为垂直方向时，球形阀门307为关闭状态；当开关手柄309旋转90°变为与取样油管305同一方向时，球形阀门307为开启状态。

上述实施例中，转接头301的输入端伸入油底壳2内的高度为80～100mm，油底壳2内的油液由转接头301的伸入端流入转接头301内，且在油底壳2内，取样接头301上最底部的一组孔洞310距离油底壳2底部的高度固定在60mm～80mm，进而流入油管303中，这样保证了所取样油液的纯度。

如图3所示，本实用新型的信号调理箱16内设置有两个低通滤波器19、一个频压转换模块20、四个电压隔离模块21、两个带通滤波器22、一个电流隔离模块23、一个信号衰减模块24和一个电阻/电压转换模块25。磁电传感器9和压力传感器12将检测到的信号分别经一低通滤波器19后，滤除高频杂波，分别输入频压转换模块20和一电压隔离模块21内，分别将信号完成频率到电压值的转化、干扰信号隔离去除后输出；振动传感器14和超声波传感器15检测到的信号分别经一带通滤波器22后，分别输入一电压隔离模块21和电流隔离模块23内，将信号中的干扰信号去除后输出，经A/D转化模块17由数据采集模块18进行采集；电压传感器10和温度传感器13检测到的信号分别经信号衰减模块24和电阻/电压转换模块25后，分别输入一电压隔离模块21内将信号中的干扰信号去除后输出，经A/D转化模块17由数据采集模块18进行采集。

上述实施例中，磁电传感器9与飞轮7的连接位置与往复机械曲轴上的止点相对应，以保证曲轴每转一圈产生一个矩形脉冲；且磁电传感器9接触端与往复式发动机1上飞轮7触发点之间的距离为2～3mm，以保证能有效的产生矩形信号。

上述各实施例仅是本实用新型的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本实用新型技术方案上的变化和改进，不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims

1.一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：它包括一设置在试验台支架上的往复式发动机，所述往复式发动机内油底壳的放油口处经一取油装置后，依次连接一油液预处理器和一油液数据分析存储模块，所述油液数据分析存储模块的输出端连接一故障诊断模块；所述往复式发动机内的飞轮和火花塞分别连接一磁电传感器和一电压传感器；所述往复式发动机内气缸顶部的火花塞安装孔连接一压力传感器，所述气缸的出气口连接一温度传感器，所述气缸的顶部连接一振动传感器和一超声波传感器，所有所述传感器将检测到的信号都经过电缆输入一信号调理箱；所述信号调理箱的输出端经一模数转化模块和数据采集模块后，送入所述故障诊断模块。

2.如权利要求1所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述取油装置包括一取样接头，所述取样转接头的输入端穿过往复发动机内油底壳底部，且与所述油底壳底部为螺纹连接，所述取样接头的输出端螺纹连接一快速接头的输入端，所述快速接头的输出端螺纹连接一取样油管的输入端，所述取样油管的输出端与一球形阀门螺纹连接，所述球形阀门的输出端螺纹连接一喷油嘴；所述球形阀门上设置有一开关手柄。

3.如权利要求2所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述取样头与所述油底壳底部连接处，以及所述取样油管的输出端与所述球形阀门连接处均设置有一密封垫；所述取样头的输出端与所述取样油管的输入端连接处设置有一O型密封圈。

4.如权利要求2所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述取样头的输入端伸入所述油底壳内的高度为80～100mm。

5.如权利要求3所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述取样头的输入端伸入所述油底壳内的高度为80～100mm。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述信号调理箱内设置有两个低通滤波器、一个频压转换模块、四个电压隔离模块、两个带通滤波器、一个电流隔离模块、一个信号衰减模块和一个电阻/电压转换模块；

所述磁电传感器和压力传感器将检测到的信号分别经一所述低通滤波器后，分别输入所述频压转换模块和一所述电压隔离模块；所述振动传感器和超声波传感器检测到的信号分别经一所述带通滤波器后，分别输入一所述电压隔离模块和电流隔离模块，并经所述模数转化模块由所述数据采集模块进行采集；所述电压传感器和温度传感器检测到的信号分别经所述信号衰减模块和电阻/电压转换模块后，分别输入一所述电压隔离模块，经所述模数转化模块由所述数据采集模块进行采集。

7.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述磁电传感器与所述飞轮的连接位置与往复机械曲轴上的止点相对应。

8.如权利要求6所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述磁电传感器与所述飞轮的连接位置与往复机械曲轴上的止点相对应。

9.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述磁电传感器接触端与所述往复式发动机上所述飞轮触发点之间的距离为2～3mm。

10.如权利要求6所述的一种动力设备故障监测预报系统，其特征在于：所述磁电传感器接触端与所述往复式发动机上所述飞轮触发点之间的距离为2～3mm。