CN204788462U - 基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于：包括无线振动信号监测系统、循环水换热器、冷水池、热水池、用于连接热水池与循环水换热器的管A1和A2、用于连接冷水池与循环水换热器的管B1和B2；管A1、A2、B1、B2上分别设有流量计、无线温度传感器和管道压力测试仪；所述管B1上设置冷水泵，所述管A1上设置热水泵；所述无线振动信号监测系统包括若干位于循环水换热器上的无线振动传感器、与无线振动传感器连接的网关以及与网关相连的计算机。本实用新型结构简单，对换热器进行实时在线监测和故障诊断具有研究价值。

Description

基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统

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传感器的循环水换热器故障诊断实验系统。

背景技术

无线传感器网络技术在机械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，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，依托无线传感器网络技术，进一步探索和革新换热器状态监测和故障诊断的方法和手段具有重要的意义。

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把液态流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

实时无线传感网络技术，可以提前诊断换热器的故障种类与发生故障的位置，在传统换热器维护中难以在故障发生前发现设备存在生产安全隐患，一般都是设备已经不能正常生产工作的时候才能够给维修人员发现相应的故障，届时，已给企业造成了很大的财产损失，甚至发生生产安全事故，造成人员的伤亡。采用实时无线传感网络技术进行换热器监测与故障诊断，能够在设备将要或者已经发生小故障的时候被监测人员发现，届时进行及时的维修，在工业生产中进行换热器轻微故障维修往往不用停车，进而不会影响企业的正常生产。同时，可以预测设备的工作状态，若有重大故障发生，可以及时提醒设备操作员注意自我保护，甚至还有机会保护设备以免遭受更大的破坏。因此，使用无线传感网络对换热器进行实时在线监测和故障诊断具有重大的意义。

机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，大部分机械是以金属为结构，刚性较强，若机械本身的结构发生改变，如发生金属断裂，固定端松动等，机械振动会发出不同的振动信号，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。通过信号分离处理，可以准确找出机械发生的故障类型和位置，并进一步分析，可以做出此次故障对是否影响机械运转、有多大的影响、故障产生的原因是什么、是否要停机维修等关键判断，可以提高机械维修效率，降低维修成本。

然而石化厂区的设备管理非常严格，操作专业性高，直接对生产中的换热器管道进行实验的话，稍有不慎，容易引发重大事故，直接危害生命安全，故在换热器故障诊断试验阶段，不宜直接对石化厂区的换热器进行振动实验。故无线振动传感网络对换热器进行实时在线监测和故障诊断实验系统有广泛的应用价值。

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。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型公开一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，改变以往单纯靠工程师个人工作经验判断故障问题的状况，该系统将故障进行量化，通过实时监测有效预防机械故障问题。

本实用新型采用如下技术方案：一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于：包括无线振动信号监测系统、循环水换热器、冷水池、热水池、用于连接热水池与循环水换热器的管A1和A2、用于连接冷水池与循环水换热器的管B1和B2；管A1、A2、B1、B2上分别设有流量计、无线温度传感器和管道压力测试仪；所述管B1上设置冷水泵，所述管A1上设置热水泵；所述无线振动信号监测系统包括若干位于循环水换热器上的无线振动传感器、与无线振动传感器连接的网关以及与网关相连的计算机。

前述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述流量计为超声波流量计，分别位于管A1、A2、B1、B2的外表面上。

前述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述无线温度传感器分别位于管A1、A2、B1、B2外表面上，且通过所述网关与计算机相连。

前述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述管道压力测试仪分别位于管A1、A2、B1、B2外表面上，以及循环水换热器两端管箱中。

前述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述无线振动传感器利用底部强力磁座均匀分布在循环水换热器表面上。

前述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述网关通过USB3.0与计算机相连接。

本实用新型的有益效果：通过无线振动传感器、无线温度传感器、流量计、压力测试仪来测量循环水换热器在换热管堵塞数目不同的状态下振动信号、温度、流量、压力信息，计算机通过收集和分析这些信号，提取循环水换热器的故障特征值，建立故障特征数据库，判断循环水换热器的故障情况。本实用新型，结构简单，对换热器进行实时在线监测和故障诊断具有研究价值，相比传统人工检测维护，可以大大缩短维护的时间，降低企业维护成本，改变了以往单纯靠工程师个人经验判断故障问题的状况，可以有效预防重大生产事故的发生。

附图说明

图1基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统结构示意图；

图2循环水换热器A-A截面无线振动传感器分布示意图；

附图中标记的含义为：1-流量计；2-无线温度传感器；3-管道压力测试仪；4-冷水泵；5-热水泵；6-冷水池；7-热水池；9-无线振动传感器；10-循环水换热器；11-换热管。

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。

一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，包括无线振动信号监测系统、循环水换热器10、冷水池6、热水池7、用于连接热水池7与循环水换热器10的管A1和A2、用于连接冷水池6与循环水换热器10的管B1和B2；管A1、A2、B1、B2上分别设有流量计、无线温度传感器和管道压力测试仪；所述管B1上设置冷水泵4，所述管A1上设置热水泵5；所述无线振动信号监测系统包括若干位于管A1、A2、B1、B2和循环水换热器10上的无线振动传感器9、与无线振动传感器9连接的网关以及与网关相连的计算机。

流量计为超声波流量计，型号为CX2000H，分别位于管A1、A2、B1、B2的外表面上，可通过管道表面测量与换热器相连接的各管道的流量情况，为故障诊断提供必要参数。

无线温度传感器型号为AT-II-C3，分别位于管A1、A2、B1、B2外表面上，安装位置较靠近换热器，其通过网关与计算机相连。无线温度传感器提供与换热器相连接的各管道的温度情况，为故障诊断提供必要参数。

管道压力测试仪为JYT821，通过三个螺丝固定在与循环水换热器连接的管A1、A2、B1、B2外表面上，具体安装位置较靠近换热器，另外两组安装在循环水换热器两端管箱上，压力测量值通过测试仪数值屏显示。管道压力测试仪提供与换热器相连接的各管道的压力情况，为故障诊断提供必要参数。

无线振动传感器型号为A104EX，利用底部强力磁座，可直接吸附在换热器表面上。如图2所示，换热器外壳均匀地分布着五组无线振动传感器9，每组四个传感器，同一组四个无线振动传感器均匀分布在换热器外壳上。可以测量换热器同一个点、不同方向和同一个方向、不同点位置的振动情况。

网关通过USB3.0与计算机相连接。

本实施例具体实施方式为：

冷水池6中的冷水通过冷水泵4和管B1将冷水引到循环水换热器10内部的换热管11，冷水经过换热后，通过管B2将热水引到冷水池7；热水池7中的热水通过热水泵5和管A1将热水引到循环水换热器10内部的换热管11，并通过管A2将冷水引到热水池7；

实验时，将换热器10的换热管11按实验要求部分堵塞，计算机通过网关获取无线振动传感器和无线温度传感器发送的振动信号及温度信号，人工读取压力和流量信息，并输入计算机。更换换热管11的堵塞管道数目，获取相应的振动信号、温度信号、压力和流量信息，作为分析数据。

计算机基于背景技术文献[1]中介绍的无量纲指标故障诊断算法对获得的数据进行无量纲分析与诊断，建立故障特征数据库，在后续运用中，只需将待测信号特征与故障特征数据库相匹配，即可判断换热器的故障情况。多个无线振动传感器和无线温度传感器可实现数据同步，减少了运行时间不同步引起的误差。通过自组织方式组成多跳网络，以实现远距离的数据传输，扩大监测范围，振动信号和温度信号经网关转发至计算机。

网关通过USB3.0接口接计算机，接收、转发无线传感器节点发送的数据包，包括振动信号数据包和温度信号数据包，不仅起到传输数据的作用，还可以缓冲数据，避免了由于数据拥挤而造成的混乱。

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)

1.一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于：包括无线振动信号监测系统、循环水换热器（10）、冷水池（6）、热水池（7）、用于连接热水池（7）与循环水换热器（10）的管A1和A2、用于连接冷水池（6）与循环水换热器（10）的管B1和B2；管A1、A2、B1、B2上分别设有流量计（1）、无线温度传感器（2）和管道压力测试仪（3）；所述管B1上设置冷水泵（4），所述管A1上设置热水泵（5）；所述无线振动信号监测系统包括若干位于循环水换热器（10）上的无线振动传感器（9）、与无线振动传感器（9）连接的网关以及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传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述流量计（1）为超声波流量计，分别位于管A1、A2、B1、B2的外表面上。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述无线温度传感器（2）分别位于管A1、A2、B1、B2外表面上，且通过所述网关与计算机相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述管道压力测试仪（3）分别位于管A1、A2、B1、B2外表面上，以及循环水换热器（10）两端管箱中。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述无线振动传感器（9）利用底部强力磁座均匀分布在循环水换热器（10）表面上。

6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的循环水换热器故障诊断实验系统，其特征在于，所述网关通过USB3.0与计算机相连接。