CN207896713U - 旋转机械无线监测节点能量供应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转机械无线监测节点能量供应装置，包括：无线监测节点、旋转机械转轴，旋转机械转轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与发电机的输入轴连接，减速器上吸附有能量回收设备，能量回收设备的输入端子与发电机的第一输出端子连接，能量回收设备的第二输出端子与无线监测节点的供电端子连接。本实用新型提供的旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过发电机将旋转机械中机械旋转产生的机械能转换成电能，然后通过能量回收设备将电能存储，存储的电能给无线监测节点进行供电，实现了无线监测节点在线自动供电，节约能源的同时又提高了生产效率。

Description

旋转机械无线监测节点能量供应装置

技术领域

本实用新型属于机械领域，具体涉及一种旋转机械无线监测节点能量供应装置。

背景技术

在石油、化工、电力等大中型生产企业中，作为关键设备的大型旋转机械，如压缩机、汽轮机、发电机、风机、泵等现代化装置起着举足轻重的作用。它们通常高速且连续工作，其运行状况好坏直接影响企业的生产，一旦故障停机，将造成巨大的经济损失和严重的乃至灾难性的后果。研究并应用先进的技术对上述旋转机械进行状态监测与诊断，不仅可以早期发现故障，避免恶性事故的发生，从而在不影响正常生产的情况下，对设备进行及时维护和更换；还可以从根本上解决目前设备定期维修不足和维修过剩的问题。另外，还可以更有效指导设备的维修管理，将早期的事后维修方式和定期预防维修方式发展为视情维修，让机器在有限的使用寿命期内创造最大价值。

然而，由于工业现场数据采集环境大多比较恶劣，不利于操作人员的长期工作，因此采集装置和分析处理装置地点不统一，存在矛盾；在一些工业现场，有线网络的应用会受到布线的限制，有一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，还有一些要求电缆完全屏蔽以防止外界干扰，更有一些高速旋转设备无法通过电缆来进行数据传输；因此，常用的有线监测方法有其明显的局限性；而采用近年来发展越来越成熟的无线传感器网络监测可以解决上述难题。随着传感器技术、无线通信技术与计算机技术的发展，由于无线传感器网络数据传输无需复杂布线，且具有自组织、网络协作性好等优势，其应用领域与范围不断扩大，已用于多种工程应用，包括环境、桥梁与铁路监测，野外油气管道，煤矿瓦斯监测，土壤湿度监测等等。因此，将无线传感器网络应用于旋转机械状态监测，有逐渐取代传统有线监测方法的趋势。

但是，无线传感器网络节点大都使用电池供电，由于电池能量有限，需要不断更换，无法保证网络能量供应的持续性，这在生产实际中，会带来诸多不便，而且频繁停机更换电池会影响生产效率，从而造成经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过锂电池与机械旋转能量回收再利用相结合，无需频繁停机更换电池，从而提高了生产效率。

一种旋转机械无线监测节点能量供应装置，包括：无线监测节点、旋转机械转轴，旋转机械转轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与发电机的输入轴连接，减速器上吸附有能量回收设备，能量回收设备的输入端子与发电机的第一输出端子连接，能量回收设备的第二输出端子与无线监测节点的供电端子连接。

在其中一个实施例中，无线监测节点固接在支座上，旋转机械转轴穿过支座与减速器的输入轴连接。

在其中一个实施例中，还包括：套设在旋转机械转轴上的导电滑环，导电滑环的转子端与无线监测节点的供电端子连接，导电滑环的定子端与能量回收设备的第二输出端子连接。

在其中一个实施例中，无线监测节点与旋转机械转轴同轴安装。

在其中一个实施例中，无线监测节点安装在旋转机械转轴的侧面，在旋转机械转轴对应于无线监测节点的另一侧安装配重。

在其中一个实施例中，能量回收设备包括第一锂电池和能量回收模块；

能量回收模块包括依次连接的滤波电路、整流与稳压电路、能量存储电路、电源管理芯片，滤波电路与第一输出端子连接，第一锂电池分别与能量存储电路、电源管理芯片连接；

第一锂电池与供电端子或定子端连接。

在其中一个实施例中，能量回收设备还包括第二锂电池，第二锂电池分别与能量存储电路、电源管理芯片连接；

第二锂电池与供电端子或定子端连接。

上述所提供的一种旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过发电机将旋转机械中机械旋转产生的机械能转换成电能，然后通过能量回收设备将电能存储，存储的电能给无线监测节点进行供电，实现了无线监测节点在线自动供电，节约能源的同时又提高了生产效率。

附图说明

图1为一个实施例提供的能量供应装置结构示意图；

图2为另一个实施例提供的能量供应装置中无线监测节点安装示意图；

图3为又一个实施例提供的能量供应装置中无线监测节点安装示意图；

图4为又一个实施例提供的能量供应装置结构示意图；

图5为又一个实施例提供的能量供应装置中能量回收设备的结构示意图；

图6为一个实施例提供的能量供应方法的流程图；

图7为能量供应装置的应用系统图。

图中，1.旋转机械转轴，2.无线监测节点，3.供电端子，4.转子端，5.导电滑环，6.定子端，7.第一联轴器，8.第二输出端子，9.能量回收设备，10.输入端子，11.减速器，12.第二联轴器，13.第一输出端子，14.发电机，15.传感器，16.旋转机械轴承，17.电磁加载装置，18.传感器安装孔，19.轴铜套，20.轴承合金外壳，21.橡胶轴瓦，22.轴承座，23.供水管，24.硅钢片，25.静态压力传感器，26.第三联轴器，27.电动机，28.配重，29.第一锂电池，30.能量回收模块，31.滤波电路，32.整流与稳压电路，33.能量存储电路，34.电源管理芯片，35.第二锂电池，36.支座。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为一个实施例提供的一种旋转机械无线监测节点能量供应装置结构示意图。如图1所示，该装置包括：无线监测节点2、旋转机械转轴1，旋转机械转轴1与减速器11的输入轴连接，减速器11的输出轴与发电机14的输入轴连接，减速器11上吸附有能量回收设备9，能量回收设备9的输入端子10与发电机14的第一输出端子13连接，能量回收设备9的第二输出端子8与无线监测节点2的供电端子3连接。

具体的，发电机14可以为永磁式发电机，也可以为励磁式发电机，其中，永磁式发电机可以为微型稀土永磁发电机，微型稀土永磁发电机没有励磁绕组与励磁装置，启动阻力矩小，散热性好，无需滑环和电刷，结构简单、体积小、效率与可靠性高。可选的，减速器11可以为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器，其中，行星齿轮减速器为方形法兰盘输出轴方式，其精度高、承载能力大、效率高。另外，减速器11为发电机14提供所需转速，减速器11的输入转速需要与待测旋转机械的转速相匹配，可根据实际情况选定合适减速比将旋转机械转轴转速调整在发电机14额定转速附近，从而使得发电机的转速转换到与待测旋转机械的转速相匹配。需要说明的是，本实施例对发电机14与减速器11的类型不做限制。

可选的，旋转机械转轴1与减速器11的输入轴之间可以通过第一联轴器7连接，减速器11的输出轴与发电机14的输入轴之间可以通过第二联轴器12连接。

具体的，能量回收设备9将发电机14输出的电能进一步转换、处理及存储，然后对无线监测节点2在线持续无间断供电。

本实施例提供的旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过发电机将旋转机械中机械旋转产生的机械能转换成电能，然后通过能量回收设备将电能存储，存储的电能给无线监测节点进行供电，实现了无线监测节点在线自动供电，节约能源的同时又提高了生产效率。

继续参照图1所示的旋转机械无线监测节点能量供应装置，上述无线监测节点2可以固接在支座36上，上述旋转机械转轴1穿过支座36与上述减速器11的输入轴连接。

可选的，无线监测节点2可以通过螺接、铆接、焊接的方式固接在支座36上。

可选的，当监测旋转机械轴承16与旋转机械转轴1之间的润滑液压力，润滑膜厚度与温度时，由于轴承(特别是滑动轴承)的密闭性结构，这几种参数的获取比较困难，通常需要在旋转机械转轴1上或内部安装传感器15，如图2或3所示，因此无线监测节点2需要安装在轴上，随轴同步运转，即动态安装，此时，需要在旋转机械转轴1上套设导电滑环5。

图4为另一个实施例提供的一种旋转机械无线监测节点能量供应装置结构示意图。在上述实施例的基础上，可选的，如图4所示，该装置还包括：套设在旋转机械转轴1上的导电滑环5，导电滑环5的转子端4与无线监测节点2的供电端子3连接，导电滑环5的定子端6与能量回收设备9的第二输出端子8连接。

具体的，导电滑环5可以采用套筒滑环结构，可以为圆柱式滑环结构，也可以为圆盘式滑环结构，导电滑环5安装简易、无需润滑油、免维护，满足360°无限制旋转的动力、控制及数字信号混合传输。可选的，本实施例的旋转机械无线监测节点能量供应装置中包括导电滑环5时，导电滑环5套装于旋转机械转轴1上。其中，导电滑环5是为了避免能量回收设备9的第二输出端子8在旋转机械转轴1旋转时缠绕于旋转机械转轴1上而导致设备损坏。

另外，当旋转机械无线监测节点能量供应装置中包括导电滑环5时，无线监测节点2可以与上述旋转机械转轴1同轴安装，参照图2所示；无线监测节点2还可以安装在上述旋转机械转轴1的侧面，参照图3所示，此时，必须在旋转机械转轴1对应于无线监测节点2的另一侧安装配重28，以免对轴系动平衡产生影响。

图5为又一个实施例提供的一种旋转机械无线监测节点能量供应装置中能量回收设备的结构示意图。在上述实施例的基础上，可选的，如图5所示，能量回收设备9包括第一锂电池29和能量回收模块30；能量回收模块30包括依次连接的滤波电路31、整流与稳压电路32、能量存储电路33、电源管理芯片34，滤波电路31与第一输出端子13连接，第一锂电池29分别与能量存储电路33、电源管理芯片34连接；第一锂电池29与供电端子3或定子端6连接。

本实施例提供的旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过锂电池与能量回收模块相结合，可以将旋转机械设备旋转过程中产生的能量进行有效回收，从而节约了能源，同时无需频繁停机更换电池，提高了生产效率。

继续参照图5所示的能量回收装置的结构示意图，可选的，能量回收设备9还包括第二锂电池35，第二锂电池35分别与能量存储电路33、电源管理芯片34连接；第二锂电池35与供电端子3或定子端6连接。

可选的，能量回收设备9还可以包括两个以上的锂电池，每个锂电池均与能量存储电路33、电源管理芯片34连接，且每个锂电池还与供电端子3或定子端6连接，图5中仅以能量回收设备9中包含两个锂电池为例，并不对本实施例进行限定。

能量回收设备9的工作原理如下，以包含一个及两个锂电池为例进行说明：

当能量回收设备9中仅包含一个锂电池即第一锂电池29时，发电机14发出的交流电经过滤波电路31以后，得到工频50Hz交流电，然后经过整流与稳压电路32，将交流电转换为可用直流电，再进一步通过能量存储电路33将直流电能量存储在第一锂电池29中，给无线监测节点2供电，第一锂电池29的充放电时间由电源管理芯片34管理与调度；当能量回收设备9中包含两个锂电池即第一锂电池29和第二锂电池35，当其中一个电池的电量下降至无法驱动无线监测节点2时，可自动切换至另一个已充满电的电池继续给无线监测节点2供电，与此同时，能量回收设备9则开始给电量不足的电池充电，两个电池交替工作；电池的充放电时间以及切换、交替工作均由电源管理芯片34管理与调度。

本实施例提供的旋转机械无线监测节点能量供应装置，通过采用锂电池与能量回收模块相结合的方式，且可以多个锂电池之间可以进行切换、交替工作，实现了无线监测节点在线自动供电，节约能源的同时又提高了生产效率。

图6为一个实施例提供的旋转机械无线监测节点能量供应方法的流程图，具体为：

S101，根据需要监测的旋转机械各参数，确定相应传感器15安装方式，并确定无线监测节点2的安装方法，以便确定旋转机械无线监测节点能量供应装置是否需要导电滑环5。

具体的，传感器15的安装方式可以为：当监测旋转机械轴承16与旋转机械转轴1之间的润滑液压力、润滑膜厚度与温度时，由于旋转机械轴承16(特别是滑动轴承)的密闭性结构，这几种参数的获取比较困难，通常将传感器15安装在旋转机械转轴1上或者其内部。传感器15的安装方式还可以为：当监测旋转机械部件振动、噪声与温度时，振动(或涡流)传感器、噪声传感器与温度传感器均安装在被测部位(或其附近)，即与机械本体无相对运动。

S102，将旋转机械转轴1与减速器11的输入轴连接，将减速器11的输出轴与发电机14的输入轴连接。

具体的，发电机14、减速器11及导电滑环5的转速、扭矩、减速比及型号可以根据旋转机械转轴1的转速、扭矩范围及无线监测节点2所需电压、功率等进行确定。

S103，若无需导电滑环5，则将能量回收设备9吸附安装于减速器11的壳体上，将能量回收设备9的输入端子10与发电机14的第一输出端子13连接，能量回收设备9的第二输出端子8与无线监测节点2的供电端子3连接，为无线监测节点2供电。

S104，若发电机14、减速器11、能量回收设备9及无线监测节点2之间连接正常，则给无线监测节点2提供能量。

可选的，旋转机械无线监测节点能量供应方法中无线监测节点2的安装方法可以为：若无需导电滑环5时，将无线监测节点2固接在支座36上，旋转机械转轴1穿过支座36与减速器11的输入轴连接。

可选的，旋转机械无线监测节点能量供应方法还可以包括：

若需要导电滑环5，则将导电滑环5套设在旋转机械转轴1上，将导电滑环5的转子端4与无线监测节点2的供电端子3连接，将导电滑环5的定子端6与能量回收设备9的第二输出端子8连接。此时，无线监测节点2的安装方法可以为将无线监测节点2与旋转机械转轴1同轴安装；还可以为将无线监测节点2安装在旋转机械转轴1的侧面，在旋转机械转轴1对应于无线监测节点2的另一侧安装配重28。

实施例

以某种水润滑橡胶轴承水膜压力的无线传感监测为例，说明本实用新型能量供应装置及方法的有效性。如图7所示，水润滑橡胶轴承试验台是轴向供水，加载方式为电磁非接触式加载。图7中水润滑橡胶轴承试验台包括电磁加载装置17、传感器安装孔18、轴铜套19、轴承合金外壳20、橡胶轴瓦21、轴承座22、供水管23、硅钢片24、静态压力传感器25、第三联轴器26、电动机27；由于监测的参数是水润滑橡胶轴承水膜压力，传感器15的安装方式是右侧轴肩安装，因此无线监测节点2是同轴安装，随轴同步旋转，与此同时可将采集到的水膜压力信号通过无线的方式传输至外部的无线接收节点；该实施例需要导电滑环5，导电滑环5采用直接套在轴上的安装方式，导电滑环将能量回收设备9输出的可用直流电通过定-转子转换方式供给无线监测节点2；该实施例动力源-三相异步电动机的额定转速为2470r/m，额定扭矩为180N.m，无线监测节点2所需功率为500W，所需供电电压为5/3.3V；因此，发电机14选择微型永磁三相交流发电机，额定功率为600W，额定转速为500r/min，永磁材料为钕铁硼；减速器11选择行星减速机，单级，传动比3、4、5、7、10可调，额定输入转速2500r/m，传动比3时的额定输出力矩为148N.m；导电滑环5选择6路(3路输入、3路输出)，套筒结构，额定电流为20A。通过以上参数选择，确定了各设备型号及安装方式，最后通过在该水润滑橡胶轴承试验台上的实验，得到了不同载荷工况下的水润滑橡胶轴承水膜压力分布曲线，无线设备全程正常工作，发电机14及能量回收设备9工作情况良好，充分证明了本实用新型在技术实现方面的正确性及可操作性。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种旋转机械无线监测节点能量供应装置，其特征在于，包括：无线监测节点(2)、旋转机械转轴(1)，旋转机械转轴(1)与减速器(11)的输入轴连接，减速器(11)的输出轴与发电机(14)的输入轴连接，减速器(11)上吸附有能量回收设备(9)，能量回收设备(9)的输入端子与发电机(14)的第一输出端子(13)连接，能量回收设备(9)的第二输出端子(8)与无线监测节点(2)的供电端子(3)连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线监测节点(2)固接在支座(36)上，所述旋转机械转轴(1)穿过所述支座(36)与所述减速器(11)的输入轴连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：套设在所述旋转机械转轴(1)上的导电滑环(5)，导电滑环(5)的转子端(4)与所述无线监测节点(2)的供电端子(3)连接，导电滑环(5)的定子端(6)与所述能量回收设备(9)的第二输出端子(8)连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述无线监测节点(2)与所述旋转机械转轴(1)同轴安装。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述无线监测节点(2)安装在所述旋转机械转轴(1)的侧面，在所述旋转机械转轴(1)对应于所述无线监测节点(2)的另一侧安装配重(28)。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述能量回收设备(9)包括第一锂电池(29)和能量回收模块(30)；

能量回收模块(30)包括依次连接的滤波电路(31)、整流与稳压电路(32)、能量存储电路(33)、电源管理芯片(34)，滤波电路(31)与所述第一输出端子(13)连接，第一锂电池(29)分别与能量存储电路(33)、电源管理芯片(34)连接；

第一锂电池(29)与所述供电端子(3)或所述定子端(6)连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述能量回收设备(9)还包括第二锂电池(35)，第二锂电池(35)分别与所述能量存储电路(33)、所述电源管理芯片(34)连接；

第二锂电池(35)与所述供电端子(3)或所述定子端(6)连接。