CN204740113U - 基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置，其特征在于，包括无线振动信号测试系统，实验水池、位于实验水池外的管道、位于管道前端的止水阀、管道压力测试仪、用于连接管道与实验水池的软管、位于管道入口端的增压泵、分别位于管道两端的流量计；管道入口处还连接自来水端；所述无线振动信号测试系统包括位于管道上的若干无线振动传感器、与无线振动传感器相连的网关和与网关相连的计算机。本实用新型结构简单，结合众多管道振动测量实验于一体，传输的时间同步、可靠性高，可以提高管道早期故障分析和诊断的效率与数据的准确率。

Description

基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置

技术领域

本实用新型属于无线传感器技术领域，具体涉及一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置。

背景技术

无线传感器技术在石化管道设备状态监测和故障诊断领域的应用，在一定程度上解决了采用有线技术进行设备状态监测存在的问题，如布线困难、改线工程大、不可移动、电缆容易磨损折断、开关接触不良等问题。它不仅是有线技术的有效补充，而且对扩充设备监测范围，提高监测水平，降低监测成本有着重要作用。无线传感器网络技术的运用开辟了网络技术与状态监测、故障诊断综合应用的新领域。因此，依托无线传感器技术，进一步探索和革新石化管道设备状态监测和故障诊断的方法和手段具有重要的意义。

无线振动传感器的组成模块封装在一个外壳内，在工作时它将由电池提供电源，构成无线传感器网络节点，通过自组织的方式构成网络。监控中心也可以将控制、参数设置等信息无线传输给节点，从而准确地收集管道在各种状态下的振动信号。

石化管道设备的振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是石化管道设备故障特征信息的良好载体。据河南石油报第9卷第三期1995年7月《设备振动监测的实践与应用》可知，石化管道设备的振动特性可对应唯一的特殊故障，故通过对振动信号的分析和处理，能够确定故障产生的原因。由于各种复杂因素，导致石化管道设备出现不同堵塞状态，直接影响石化管道的正常工作，容易引发安全问题。文献[1]，基于人工免疫系统的机组故障诊断技术研究，张清华，华南理工大学，2004，博士论文，指出无量纲指标故障诊断算法；文献[2],堵塞水力瞬变模拟在输油管道中的应用分析，李天一，中国石油管道沈阳输油气分公司，2011，在不同堵塞状态下，石化管道发出不同的振动信号。这些信号是通过无量纲处理提取故障特征值的关键。使用激光测量传感器LDS100可以精准测量管道实际内径，其原理利用测量管道横截面上三点的距离，然后计算三角形外接圆直径的方法来实现。通过该LDS100，可以量化管道不同堵塞情况。

然而石化厂区大型管道管理严格，操作专业性高，直接对管道进行实验的话，稍有不慎，容易引发重大事故，直接危害生命安全，故在管道振动试验阶段，不宜直接对石化厂区管道进行振动实验，本实用新型发明一种利用微型管道和无线振动传感器的管道振动简易测试装置，其在管道振动实验试验探索阶段，具有广泛的应用价值。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型发明一种基于无线振动传感器网络的管道振动简易测试装置，该装置模仿石化管道传输模式，并模拟石化管道在长期输油服役过程中形成的不规则、不定位置的堵塞情况，为管道振动试验阶段提供测试平台，具有较好的安全性。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置, 其特征在于，包括无线振动信号测试系统，实验水池、位于实验水池外的管道、位于管道前端的止水阀、管道压力测试仪、用于连接管道与实验水池的软管、位于管道入口端的增压泵、分别位于管道两端的流量计；管道入口处还连接自来水端；所述无线振动信号测试系统包括位于管道上的若干无线振动传感器、与无线振动传感器相连的网关和与网关相连的计算机。

前述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述流量计包括上游流量计和下游流量计。

前述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述流量计为超声波流量计，通过耦合剂与待测管道紧密贴合。

前述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述管道为若干不同管径的管道。

前述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述管道压力测试仪具有数字显示屏。

前述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述无线振动传感器使用无线加速度传感器A104EX，该传感器具有定时器。

本实用新型所达到的有益效果：具有定时器的若干无线振动传感器节点之间通过自组织方式组成多跳网络，可以远距离越过障碍物将传感器采集到的同步振动信号数据传入网关，网关通过USB3.0接口转发至计算机；实验水池循环水往复循环，节约水资源；实验管道使用沥青壁，模拟石化管道在正常工作状态下的堵塞情况；软管可以有效减少外部振动对管道的影响。该装置结构简单，却能结合众多管道振动测量实验于一体，传输的数据同步、可靠性高，模拟石化厂区管道功能布置，针对性强，在安全实验的指导下，提高管道早期故障分析和诊断的效率与数据的准确率。

附图说明

图1是基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置示意图；

图2是管道结构示意图；

图中标记的含义为：1-无线振动传感器，2-1上游流量计，2-2下游流量计，3-增压泵，4-止水阀，5-软管，6-实验水池，7-管道压力测试仪，8-自来水端，9-管道，10-沥青壁。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种基于无线振动传感器网络的管道振动简易测试装置，其特征在于，包括无线振动信号测试系统，实验水池6、位于实验水池6外的管道9、位于管道9前端的止水阀4、管道压力测试仪7、用于连接管道9与实验水池6的软管5、位于管道9入口端的增压泵3、分别位于管道9两端的流量计2-1和2-2；管道9入口处还连接自来水端8；所述无线振动信号测试系统包括位于管道9上的若干无线振动传感器1、与无线振动传感器1相连的网关和与网关相连的计算机。

所述流量计为超声波流量计CX2000H，操作简单、移动方便、布置灵活通过耦合剂与待测管道紧密贴合。流量计包括上游流量计2-1和下游流量计2-2，可实时检验管道入水口与出水口的流量和流速是否存在差异。

所述无线振动传感器采用无线加速度振动传感器A104EX，精确度高、时间同步，提取到的特征值由网关转发至基于计算机处理模块。无线振动传感器节点带有强力磁座，使得传感器可以灵活布置在任何铁质介质上，增强监测系统的灵活性。众多无线振动传感器自发组成多跳网络，有效减少监测盲区，扩大无线信号传输的距离。

所述计算机有效利用计算机数据处理功能，提高了计算效率，解决了节点层处理能力不足的问题。计算机用来将采集到的数据通过背景技术中的文献[1]中介绍的无量纲指标故障诊断算法进行无量纲分析与诊断。无量纲参数分析的数据不受单位制的限制，可以监测由无线传感器收集到的振动信号的峰值指标、裕度指标、波形指标、峭度指标、脉冲指标等无量纲参数，并根据背景技术中的算法进行故障诊断分析。有效利用计算机CPU数据功能，提高了计算效率，解决了节点层处理能力不足的问题。

所述网关通过USB3.0接口接入计算机，不仅起到传输数据的作用，网关的SD存储卡还可以缓冲数据，避免了由于数据拥挤而造成的混乱。

管道压力测试仪JYT821通过三个螺丝固定在被测管道外壁，安装方便，且其测量结果通过数字显示屏显示，直观明了。

增压泵3从实验水池抽水，水流通过管道9后经软管5流入水池，实现水循环。

止水阀4控制不同管径水管，可进行单管、双管或多管实验且止水阀方便随时控制流量，适合做不同流量的振动实验。

如图2所示，所述管道为了最大程度模拟石化厂区换热器管道、输油管道等的堵塞转态，通过往模型水管灌注液态沥青，随机旋转水管，使之自然凝固，且根据需要，多次灌注液态沥青，以达到不同堵塞转态，形成沥青壁10。使用激光测量传感器LDS100可以精准测量管道实际内径，其原理利用测量管道横截面上三点的距离，然后计算三角形外接圆直径的方法来实现，通过该LDS100，可以量化管道堵塞情况。同时设置空白管道与全堵塞管道作为对照组。图2为管道四种不同状态堵塞下模型的横截面，分别为堵塞10%、堵塞20%、堵塞40%、堵塞80%。

本实用新型具体实施方式：

增压泵3将实验水池6中的水抽取送到管道9中，经过软管5回流到实验水池6中，以实现测试水循环。如果通过增压泵3得到的水压不够大，必要时可接入自来水端以提高水压，以获得较大范围内的水压差，从而达到测试要求。

本实验主要测量不同管径、不同水压、不同流量、不同堵塞状态下的振动信号，分析管道在不同故障状态下对应的故障特征值，为石油管道等其它管道设备的故障诊断作基础研究。

通过读取压力测试仪7数字显示屏数据可调节水压至指定范围以获得不同的实验变量。

通过超声波流量计测量管道9中流量大小。

合理布置无线振动传感器1，多传感器自组织方式组成传感器网络，实时测量管道在不同堵塞状态下的振动信号，全方位测量管道各项指标。

计算机可以针对不同测试环境，远程设置无线振动传感器1的具体参数。计算机解析无线振动传感器发送的数据包，然后通过文献[1]中介绍的无量纲指标故障诊断算法进行无量纲分析与诊断。监测由无线传感器收集到的振动信号的峰值指标、裕度指标、波形指标、峭度指标、脉冲指标等无量纲参数，并根据背景技术中的算法进行故障诊断分析。

入水口软管与出水口软管5可以有效减少外部环境对管道9的影响。本实验装置测量主体是带有沥青壁的管道，若直接使用硬质管道作为入水口与出水口管道，外界的振动信号会直接经硬质管道传播到沥青壁管道上，直接影响到无线振动传感器的精准测量，所以使用软管能减轻外界振动传播影响。

该简易装置传输的数据同步、可靠性高，模拟石化厂区管道功能布置，针对性强，在安全实验的指导下，提高管道早期故障分析和诊断的效率与数据的准确率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置, 其特征在于，包括无线振动信号测试系统，实验水池（6）、位于实验水池（6）外的管道（9）、位于管道（9）前端的止水阀（4）、管道压力测试仪（7）、用于连接管道（9）与实验水池（6）的软管（5）、位于管道（9）入口端的增压泵（3）、分别位于管道（9）两端的流量计；管道（9）入口处还连接自来水端（8）；所述无线振动信号测试系统包括位于管道（9）上的若干无线振动传感器（1）、与无线振动传感器（1）相连的网关和与网关相连的计算机。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述流量计包括上游流量计（2-1）和下游流量计（2-2）。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述流量计为超声波流量计，通过耦合剂与待测管道紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述管道（9）为若干不同管径的管道。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述管道压力测试仪（7）具有数字显示屏。

6.根据权利要求1所述的一种基于无线振动传感器的管道振动简易测试装置,其特征是，所述无线振动传感器（1）使用无线加速度传感器A104EX，该传感器具有定时器。