往复式设备的状态监测及故障诊断系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其中，系统包括：测控子系统、底座，以及设置在所述底座上的驱动子系统、传动子系统、被驱动部件子系统、载荷激励子系统、故障实现子系统和变工况实现子系统。其中，驱动子系统、被驱动部件子系统和载荷激励子系统通过传动子系统依次同轴机械连接；故障实现子系统与被驱动部件子系统机械连接；变工况实现子系统与故障实现子系统机械连接；测控子系统分别与驱动子系统、被驱动部件子系统、载荷激励子系统和变工况实现子系统电连接。本实用新型专利技术可以再现与大中型往复式设备极高近似度的运行状态；在状态监测和故障诊断过程中能产生较小的监测误差以及较高的诊断精度。

【技术实现步骤摘要】
往复式设备的状态监测及故障诊断系统
本技术涉及一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，属于设备故障诊断

技术介绍
现有的中型(驱动功率介于150～500kW)和大型(驱动功率大于500kW)的往复设备是石化企业的关键动力设备，其运动部件的主体结构特征为“曲轴——中间部件——活塞——必备配套部件”的形式。与驱动功率小于等于5kW的微型往复设备相比，大中型往复设备的造价、所处环节的关键性、运行健康的重要程度和故障代价都大幅度提高，非计划停机将造成巨大经济损失。大中型往复设备与现有的石油石化中大型旋转设备相比，在结构和运动形式上又有不同的特点，其振动既有旋转部分引起的振动、又有往复运动产生的振动，同时发生的还有活塞撞击气缸引起的振动，激振源多且不同振动相互干扰、耦合，使得对大中型往复设备的状态监测和故障诊断面临较大困难。目前针对大中型往复设备的状态监测和诊断主要采用通过以下三类实验台的方式实现：第一类实验台是对往复部件进行一定程度上的等效、简化成旋转部件，并对现有诊断实验台占大部分的旋转设备实验台进行改造。该类实验台的主要问题是：在简化等效过程中，丢失了可能会对状态监测和故障诊断产生影响的主体运动部件特征，导致对大中型往复式设备的状态监测和故障诊断均存在较大误差。第二类实验台是具有“微型往复设备主体结构形式”特征的实验台，多采用现有的微型往复式设备。该类实验台的主要问题是与石油石化现场往复设备中起关键作用的大多数机组的主体结构、工况、润滑冷却条件都较大不同，并且振动传递路径缺少关键的中间部件环节。所以，在第二类实验台上进行验证诊断技术和方法难以进行往复设备更多、更典型故障的诊断检测实验。第三类实验台直接采用了与现场应用配套的往复设备，并配备详细的工艺流程。该类实验台需要研究机构首先提供石油石化现场类似的公用设施和接口设施，导致设计、搭建、运行维护成本较高，且多被用于研究在被驱动往复设备的辅助系统(如基础特性参数)相关振动特性参数和相关设计分析仿真计算模型的验证(如管汇的脉动、振动分析、计算、较少措施研究等)。所以该类实验台未从根本解决在被驱设备主体具有“大中型往复设备主体结构形式”的实验载体上实现多种测试信号、测试方法、再现非辅助系统。
技术实现思路
本技术为解决现有的大中型往复式设备的状态监测和故障诊断存在的监测误差较大、诊断精度较低、无法应用在较复杂工况的大中型往复设备的问题，进而提出了一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统。为了解决上述技术问题，本技术的一个具体实施方式提供一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，包括：测控子系统、底座，以及设置在所述底座上的驱动子系统、传动子系统、被驱动部件子系统、载荷激励子系统、故障实现子系统和变工况实现子系统。其中，所述驱动子系统、所述被驱动部件子系统和所述载荷激励子系统通过所述传动子系统依次同轴机械连接；所述故障实现子系统与所述被驱动部件子系统机械连接；所述变工况实现子系统与所述故障实现子系统机械连接；所述测控子系统分别与所述驱动子系统、所述被驱动部件子系统、所述载荷激励子系统和变工况实现子系统电连接。所述驱动子系统，包含驱动电机和电缆，用于向所述被驱动部件子系统提供动力；被驱动部件子系统用于模拟往复式设备的往复式运动；所述载荷激励子系统用于调节施加在所述被驱动部件子系统的扭矩载荷；所述故障实现子系统用于在所述被驱动部件子系统上实现故障；所述变工况实现子系统用于调节所述被驱动部件子系统的工况参数，从而实现状态监测及故障诊断系统的变工况运行。其中，所述传动子系统进一步包括：用于连接所述驱动子系统和所述被驱动部件子系统的第一传动子单元、用于连接所述被驱动部件子系统和所述载荷激励子系统的第二传动子单元。其中，所述第一传动子单元进一步包括：第一联轴器，与所述驱动子系统机械连接；第二联轴器，与所述被驱动部件子系统机械连接；中间连接部件，设置于所述第一联轴器和所述第二联轴器之间。所述第二传动子单元进一步包括：第三联轴器，与所述被驱动部件子系统机械连接。其中，所述测控子系统进一步包括：多信号编码及接口组件、可编程控制单元和电控单元。其中，所述多信号编码及接口组件进一步包括：编码器、第一光电传感器、第二光电传感器、安装架、扭角测试探头、测试齿盘、扭角测量误差补偿探头、电机电流接口和电机电压接口；所述编码器安装在所述中间连接部件上；所述第一光电传感器和所述第二光电传感器设置在所述安装架上；所述第一光电传感器的感应端与所述编码器的一信号发出端对应设置；所述第二光电传感器的感应端与所述编码器的另一信号发出端对应设置；所述编码器通过紧固件与所述中间连接部件连接；所述扭角测试探头、测试齿盘及扭角测量误差补偿探头设置在所述安装架上；所述安装架固定在所述底座上；所述电机电流接口及所述电机电压接口均与所述驱动子系统连接。其中，所述测控子系统还包括：速度检测组件和速度调节组件。其中，所述速度检测组件进一步包括：速度传感器和齿盘。所述速度调节组件进一步包括：调节旋钮、变频器、显示屏和速度表；所述速度传感器通过控制电缆与所述速度表连接，所述调节旋钮、变频器、显示屏和速度表设置在柜体中，所述齿盘的一端与所述第一联轴器，所述齿盘的另一端与所述第二联轴器连接。其中，所述被驱动部件子系统进一步包括：往复设备本体和设置在所述底座上的运行支持组件，所述运行支持组件支持所述往复设备本体的运行。其中，所述运行支持组件进一步包括：润滑组件；结构支撑组件，用于支撑所述往复设备本体；冷却组件，用于冷却所述往复设备本体和所述润滑组件。其中，所述变工况实现子系统进一步包括：均与所述往复设备本体机械连接的第一进气单元、第二进气单元、第一排气单元、第二排气单元、第三排气单元和第四排气单元。其中，所述第一进气单元进一步包括：进气过滤组件、进气缓冲器、设置于所述进气过滤组件和所述进气缓冲器之间的进气管路组件、安装所述进气过滤组件的安装支架和承载所述安装支架的支架底座；所述第一排气单元进一步包括：连接法兰、排气管路、止回阀、气动球阀、气动三通球阀、调节管线、安全阀和排气缓冲器、压力表和针形阀。其中，所述排气管路进一步包括：第一管段、三通、第二管段、弯头、第三管段、第四管段；位于所述排气管路中的连接法兰与第一管段的左端连接，第一管段的右端与三通的一端连接，三通的另一端与止回阀连接，止回阀与第二管段连接，第二管段与所述弯头连接，所述弯头与所述气动球阀连接，所述气动球阀与第三管段连接，第三管段与所述气动三通球阀的一端连接，所述气动三通球阀的另一端与所述第四管段的一端连接，所述第四管段另一端与所述往复设备本体上的排气缓冲器连接；所述第四管段与所述安全阀连接；所述第四管段均与所述针形阀和所述压力表连接。其中，所述载荷激励子系统进一步包括：载荷激励组件、载荷检测组件，以及与所述载荷激励组件机械连接的过载保护组件。其中，所述载荷激励组件进一步包括：冷却单元、磁粉制动器、放大器、控制器、控制单元，以及与所述磁粉制动器机械连接的支撑架；所述载荷检测组件进一步包括：与所述磁粉制动器同轴机械连接的扭矩测试器和与之机械连接的电流测试器；所述过载保护组件进一步包括：与所述磁粉制动器机械连接的过载保护器。其中，所述故障实现子系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其特征在于，包括：测控子系统(5)、底座(8)，以及设置在所述底座(8)上的驱动子系统(1)、传动子系统(2)、被驱动部件子系统(3)、载荷激励子系统(4)、故障实现子系统(6)和变工况实现子系统(7)；其中，所述驱动子系统(1)、所述被驱动部件子系统(3)和所述载荷激励子系统(4)通过所述传动子系统(2)依次同轴机械连接；所述故障实现子系统(6)与所述被驱动部件子系统(3)机械连接；所述变工况实现子系统(7)与所述故障实现子系统(6)机械连接；所述测控子系统(5)分别与所述驱动子系统(1)、所述被驱动部件子系统(3)、所述载荷激励子系统(4)和变工况实现子系统(7)电连接，所述驱动子系统(1)，包含驱动电机(11)和电缆(L2)，所述驱动子系统(1)用于向所述被驱动部件子系统(3)提供动力；被驱动部件子系统(3)用于模拟往复式设备的往复式运动；所述载荷激励子系统(4)用于调节施加在所述被驱动部件子系统(3)的扭矩载荷；所述故障实现子系统(6)用于在所述被驱动部件子系统(3)上实现故障；所述变工况实现子系统(7)用于调节所述被驱动部件子系统(3)的工况参数，从而实现状态监测及故障诊断系统的变工况运行。...

【技术特征摘要】
1.一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其特征在于，包括：测控子系统(5)、底座(8)，以及设置在所述底座(8)上的驱动子系统(1)、传动子系统(2)、被驱动部件子系统(3)、载荷激励子系统(4)、故障实现子系统(6)和变工况实现子系统(7)；其中，所述驱动子系统(1)、所述被驱动部件子系统(3)和所述载荷激励子系统(4)通过所述传动子系统(2)依次同轴机械连接；所述故障实现子系统(6)与所述被驱动部件子系统(3)机械连接；所述变工况实现子系统(7)与所述故障实现子系统(6)机械连接；所述测控子系统(5)分别与所述驱动子系统(1)、所述被驱动部件子系统(3)、所述载荷激励子系统(4)和变工况实现子系统(7)电连接，所述驱动子系统(1)，包含驱动电机(11)和电缆(L2)，所述驱动子系统(1)用于向所述被驱动部件子系统(3)提供动力；被驱动部件子系统(3)用于模拟往复式设备的往复式运动；所述载荷激励子系统(4)用于调节施加在所述被驱动部件子系统(3)的扭矩载荷；所述故障实现子系统(6)用于在所述被驱动部件子系统(3)上实现故障；所述变工况实现子系统(7)用于调节所述被驱动部件子系统(3)的工况参数，从而实现状态监测及故障诊断系统的变工况运行。2.如权利要求1所述的往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其特征在于，所述传动子系统(2)进一步包括：用于连接所述驱动子系统(1)和所述被驱动部件子系统(3)的第一传动子单元(21)、用于连接所述被驱动部件子系统(3)和所述载荷激励子系统(4)的第二传动子单元(22)，其中，所述第一传动子单元(21)进一步包括：第一联轴器(211)，与所述驱动子系统(1)机械连接；第二联轴器(212)，与所述被驱动部件子系统(3)机械连接；以及中间连接部件(213)，设置于所述第一联轴器(211)和所述第二联轴器(212)之间，所述第二传动子单元(22)进一步包括：第三联轴器(221)，与所述被驱动部件子系统(3)机械连接。3.如权利要求2所述的往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其特征在于，所述测控子系统(5)进一步包括：多信号编码及接口组件(51)、可编程控制单元(52)和电控单元(53)；其中，所述多信号编码及接口组件(51)进一步包括：编码器(511)、第一光电传感器(512)、第二光电传感器(513)、安装架(514)、扭角测试探头(515)、测试齿盘(516)、扭角测量误差补偿探头(517)、电机电流接口(518)和电机电压接口(519)；所述编码器(511)安装在所述中间连接部件(213)上；所述第一光电传感器(512)和所述第二光电传感器(513)设置在所述安装架(514)上；所述第一光电传感器(512)的感应端与所述编码器(511)的一信号发出端对应设置；所述第二光电传感器(513)的感应端与所述编码器(511)的另一信号发出端对应设置；所述编码器(511)通过紧固件与所述中间连接部件(213)连接；所述扭角测试探头(515)、测试齿盘(516)及扭角测量误差补偿探头(517)设置在所述安装架(514)上；所述安装架(514)固定在所述底座(8)上；所述电机电流接口(518)及所述电机电压接口(519)均与所述驱动子系统(1)连接。4.如权利要求3所述的往复式设备的状态监测及故障诊断系统，其特征在于，所述测控子系统(5)还包括：速度检测组件(520)和速度调节组件(521)；其中，所述速度检测组件(520)进一步包括：速度传感器(5201)和齿盘(5202)；所述速度调节组件(521)进一步包括：调节旋钮(5211)、变频器(5212)、显示屏(5213)和速度表(5214)；所述速度传感器(5201)通过控制电缆(L)与所述速度表(5214)连接，所述调节旋钮(5211)、变频器(5212)、显示屏(5213)和速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：段礼祥，王文书，张来斌，王金江，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11