[发明专利]一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴流式风机嵌入式无线测振系统，适用与对轴流风式机振动信号进行在线监测的一种。

技术背景

风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体的机械，旋转叶片作为风机设备中的核心部件，在实际工作中承受极其复杂的激振力，叶片很容易发生振动，从而导致疲劳，甚至出现裂纹、折断等故障，造成严重安全事故 因此，要保证旋转机械高效、安全、无故障运行，叶片振动监测技术是不可或缺的重要手段 。

本发明针对风机上产生的振动进行在线监测，了解风机工况，以期对风机转子叶片裂纹故障做出早期监测和诊断。常规的通风机监测模式需要大量的布线，安装与维护非常麻烦，因此本发明设计的嵌入式无线测振在硬件方面引入了嵌入式平台和无线发射接收，降低成本的同时提升了系统整体的可靠性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统，适用与对轴流风机进行故障诊断的一种监测。

技术方案：本发明的轴流式风机嵌入式无线测振，包括硬件和软件两部分，系统的硬件部分包括计算机、信号采集卡、信号调理模块、传感器以及给传感器的供电系统等。系统的上位机包括计算机、电源等，计算机中需安装Labview虚拟仪器软件。系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成。采用单片机作为下位机单元（Ⅲ）来进行数据采集和装置控制。采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成。因此PC机和单片机之间有大量的数据交换。下位机单元（Ⅲ）包含传感器、传感器的供电系统、信号前置调理器、数据采集卡等。系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集模块、信号分析处理模块组成。

结合图1，数据采集平台主要振动的测量是基于虚拟仪器的动态信号采集分析系统进行的，各传感器的输出信号通过信号调电路后通过采集器转化为数字信号。以上测量仪器组成以采集器、传感器前置调理器和信号放大器为主要部件的信号采集转换系统，该系统集增益、滤波、多路开关、采样保持电路、A/D转换器、存储器以及逻辑控制电路等功能于一体，为实验提供了良好的基础。

有益效果：本发明将虚拟仪器技术应用于传统测试仪器，实现仪器的虚拟化，将不同功能的模块组合成满足要求的专业功能仪器。随着相关软硬件研究和发展，虚拟仪器以软件替代硬件，其移值、改进和功能扩展方便，既缩短研发周期，又节约成本，具有很好的实用价值和经济价值，在仪器智能化和网络化等方面将会有更广阔的前景。因此，本发明以对旋式轴流通风机为研究对象，从风机振动特性入手探索风机工作性能与振动特性的关系，研究通过监测多个风机部件运行状态和叶片工作的状态的振动特性，为叶轮机械的振动、噪声问题的理论分析与控制方法提供理论依据和新思路，同时对于叶轮机械状态的监测、预测及叶轮机械的非接触测量方法有重要的意义。本发明结构简单紧凑，易于装卸，体积小，可靠性高。

附图说明

图1 系统总体设计结构图。

图2轴流式通风机单元。

图3上位机单元信号发射图。

图4下位机单元信号处理示意图。

图5振动信号分析原理图。

图6下位机单元系统软件流程图。

图中：Ⅰ-轴流式通风机单元；Ⅱ-上位机单元；Ⅲ-下位机单元；1-风机筒；2，3，4-叶尖定时传感器；5-横梁；6-用于固定叶根同步传感器；7-转速同步传感器；8-叶片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实例作进一步的描述：本发明针对旋式轴流通风机叶片振动实验所需的工作，设计对旋式轴流式通风机嵌入式无线测振，选择合适传感器与采集器，建立风机叶片振动的采集系统和测量方案并进行实验，对通风机的振动特性进行测量，获得振动特性曲线。

结合图1，本发明包括轴流式通风机单元Ⅰ，上位机单元Ⅱ，下位机单元Ⅲ三部分组成。

结合图4，下位机单元Ⅲ部分，主要包含基于振动信号测试的测试传感器、信号调理模块、信号发射和信号接收装置等部分组成。利用叶尖间隙及定时测量的非接触旋转叶片测振技术来监测叶片、叶轮的运行参数，而且不会改变叶片原有的振动特性，能同时监测整级叶片的振动情况，且准备工作少，安装简单。通过对叶片振动的监测，可以计算出叶片在运行过程中的应力幅值，由此可以进行叶片疲劳寿命的预测。