石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置及其控制电路的制作方法

本发明涉及石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置及其控制电路，属于设备寿命预测技术领域。

背景技术：

在石油化工行业中，旋转机械设备的结构与组成变得越来越复杂。目前，石化机组日益趋向于大型化、高速化、自动化，在旋转机械故障诊断中，信号处理、模式识别、人工智能等方法大大提高了工业系统的稳定性和安全性。但是由于石化机组所处的环境比较复杂，影响现场的因素很多，具有较大的不确定性特点。在旋转机械中，滚动轴承的应用最为广泛，也是极易发生故障的零件之一。滚动轴承故障的发生不仅会降低机组的稳定性，严重的故障也会带来意外的停机和人员伤害等事件，严重影响工业生产作业。因此，开展石化机组滚动轴承的故障诊断与剩余寿命的预测，并提前指定合理的维修方案，具有非常重要的现实和理论意义。

现有的滚动轴承试验机构着重于滚动轴承试验结构的连接紧密性，缺乏对滚动轴承试验结构的加载试验过程中的异常震动以及异常磨损的保护与排除设计功能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置及其控制电路。

为解决上述技术问题，本发明提供石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置，其特征在于，包括主电动机、第一弹性联轴器、变速箱、第二弹性联轴器、传动机构、轴承机构、径向加载机构、轴向加载机构、循环油箱、温度传感器、加速度传感器、预警监测装置，主电动机通过第一弹性联轴器与变速箱相联接，变速箱通过第二弹性联轴器与传动机构相连，传动机构与轴承机构相连，轴承机构与循环油箱相连接，温度传感器、加速度传感器均与预警监测装置相连接，径向加载机构与轴向加载机构分别联接设置于轴承机构的侧部，循环油箱上设置有油泵电动机。

作为一种较佳的实施例，轴承机构的内部设置有试验芯轴、四副试验轴承、上下对称分布的异常磨损保护机构，试验轴承配合嵌套设置于试验芯轴上，两副试验轴承之间的间隙内设置有隔离内衬环，隔离内衬环配合套设在试验芯轴上，异常磨损保护机构的内侧固定设置有呈左右对称分布的机械臂执行机构，机械臂执行机构的内端配合设置于隔离内衬环的外表面上，异常磨损保护机构的外端设置有用于紧固和上下调节的铰接座，试验芯轴的左右端部套设有相配合的锁紧螺母，相邻两副试验轴承之间的间隙处设置有挡拆垫片。

作为一种较佳的实施例，机械臂执行机构包括纵向杆件、左右对称分布的内衬保护块，内衬保护块固定设置于纵向杆件的内端部，内衬保护块的内侧面设置有半圆形的旋转配合滑槽，机械臂执行机构通过旋转配合滑槽与隔离内衬环的外表面旋转滑动配合连接。

作为一种较佳的实施例，异常磨损保护机构的内侧设置有向外凹陷的外凹滑槽。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置还包括基座，主电机、变速箱、轴承机构均固定在基座上。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置的底部设置有大底座、小底座、连接底座，循环油箱通过小底座固定设置在大底座上，预警监测装置通过连接底座固定在大底座上。

作为一种较佳的实施例，径向加载机构的侧部还设置有径向压力变送器、径向蓄能器、径向控制阀、径向压力表，径向加载机构与径向压力变送器、径向蓄能器、径向控制阀相联接，径向压力表设置于径向压力变送器与径向蓄能器之间；横向加载机构的侧部还设置有横向蓄能器、轴向压力变送器、轴向压力表、轴向控制阀，横向加载机构与轴向压力变送器、横向蓄能器、轴向控制阀相联接，轴向压力表设置于轴向压力变送器与横向蓄能器之间。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有变频器，变频器与主电动机相联接；循环油箱还设置有单向阀、压力表、量程计，油泵电动机通过循环油箱、单向阀、进油管与轴承机构相连通，油泵电动机通过循环油箱、出油管与轴承机构相连通。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有滚动轴承抽屉、试验轴抽屉、工具箱、散热器；故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有总开关、主电动机启动键、主电动机停止键、油泵电动机启动键、油泵电动机停止键、复位键、急停键，总开关分别与电动机启动键、油泵电动机启动键相联接，主电动机启动键、主电动机停止键分别与主电动机相联接，油泵电动机启动键、油泵电动机停止键分别与油泵电动机相联接，复位键与总开关相联接，急停键分别与主电动机、油泵电动机相联接。

作为一种较佳的实施例，预警监测装置包括信号前置处理模块、数据采集器、数据服务器、plc控制器、存储器、显示器、智能打印机，加速度传感器、温度传感器分别与信号前置处理模块相联接，信号前置处理模块分别依次与数据采集器、数据服务器、plc控制器、存储器、显示器、智能打印机相联接。

本发明还提出石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置的控制电路，其特征在于，包括主电动机、变速箱、轴承机构、温度传感器、加速度传感器、径向压力表、径向压力变送器、径向加载机构、径向蓄能器、径向控制阀、横向蓄能器、轴向压力表、轴向压力变送器、轴向加载机构、轴向控制阀、变频器、压力表、油泵电动机、散热器、总开关、主电动机启动键、主电动机停止键、油泵电动机启动键、油泵电动机停止键、复位键、急停键、信号前置处理模块、数据采集器、数据服务器、plc控制器、存储器、显示器、智能打印机；加速度传感器、径向压力表、轴向压力表、压力表的数据分别输入信号前置处理模块中经数据采集器输入到数据服务器中，数据服务器处理后分别输出给plc控制器、存储器、显示器，存储器、显示器分别连接智能打印机进行打印输出，加速度传感器、径向压力表、轴向压力表、压力表以及温度传感器的数据传输到plc控制器中进行判定，即如果加速度传感器的数据反映的振动值偏大，超过plc控制器的设定值时，或者温度传感器检测到轴承机构中的润滑油温度超过plc控制器的设定值时，plc控制器发出急停指令给急停键触发主电动机停止键、油泵电动机停止键控制主电动机和油泵电动机停止运行，试验开始前，首先启动总开关，然后利用plc控制器触发整个电机以及轴向、径向加载控制，plc控制器输出第一路控制信号给径向控制阀，分别启动径向压力变送器、径向加载机构、径向蓄能器实现径向加载；plc控制器输出第二路控制信号给轴向控制阀，分别启动横向蓄能器、轴向压力变送器、轴向加载机构实现轴向加载；plc控制器输出第三路控制信号给变频器，驱动主电动机旋转进而通过变速箱带动轴承机构实现旋转启动试验；plc控制器输出第四路控制信号给散热器实现试验过程中的散热；plc控制器输出第五路控制信号给主电动机启动键，启动主电动机旋转进而通过变速箱带动轴承机构实现旋转启动试验；plc控制器输出第六路控制信号给油泵电动机启动键，启动油泵电动机通过循环油箱给轴承机构循环供油，复位键输入plc控制器对加速度传感器、径向压力表、轴向压力表、压力表的数据值进行初始化设置。

本发明所达到的有益效果：第一，本发明装置结构简单，对滚动轴承的拆卸与安装十分方便；第二，本发明装置与石化现场机组相接近，对其进行滚动轴承的故障诊断与寿命预测的结果，具有精度高、稳定性强等优势；第三，本发明装置价格成本低，可根据需要对其进行离线监测或在线监测，为教学、科研等提供有效的借鉴意义；第四，本发明针对现有的滚动轴承试验机构着重于滚动轴承试验结构的连接紧密性，缺乏对滚动轴承试验结构的加载试验过程中的异常震动以及异常磨损的保护与排除设计功能，通过在轴承机构内部增加异常磨损保护机构和机械臂执行机构，通过隔离内衬环与机械臂执行机构的旋转配合联接，实现滚动轴承试验结构的加载试验过程中的异常震动以及排除轴承的异常磨损的设计功能；第五，本发明通过提供完整的试验控制电路，实现了轴承故障诊断和剩余寿命预测的精确试验过程控制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的轴承机构的优选实施例的结构示意图。

图3是本发明的实施方法的流程示意图。

图4是本发明的机械臂执行机构的优选实施例的结构示意图。

图5是本发明的控制电路连接示意图。

图中标记的含义：1-主电动机，2-第一弹性联轴器，3-变速箱，4-第二弹性联轴器，5-传动机构，6-轴承机构，7-温度传感器，8-加速度传感器，9-进油管，10-基座，11-径向压力表，12-径向压力变送器，13-径向加载机构，14-径向蓄能器，15-径向控制阀，16-横向蓄能器，17-轴向压力表，18-轴向压力变送器，19-轴向加载机构，20-轴向控制阀，21-变频器，22-循环油箱，23-单向阀，24-压力表，25-量程计，26-油泵电动机，27-出油管，28-滚动轴承抽屉，29-试验轴抽屉，30-工具箱，31-散热器，32-总开关，33-主电动机启动键，34-主电动机停止键，35-油泵电动机启动键，36-油泵电动机停止键，37-复位键，38-急停键，39-小底座，40-大底座，41-连接底座，42-信号前置处理模块，43-数据采集器，44-数据服务器，45-plc控制器，46-存储器，47-显示器，48-智能打印机；61-试验芯轴，62-试验轴承，63-隔离内衬环，64-挡拆垫片，65-锁紧螺母，66-异常磨损保护机构，67-机械臂执行机构，68-铰接座，69-外凹滑槽，671-纵向杆件，672-内衬保护块，673-旋转配合滑槽。

具体实施方式

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

如图1所示的是本发明的整体结构示意图，本发明提供石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置，其特征在于，包括主电动机1、第一弹性联轴器2、变速箱3、第二弹性联轴器4、传动机构5、轴承机构6、径向加载机构13、轴向加载机构19、循环油箱22、温度传感器7、加速度传感器8、预警监测装置，主电动机1通过第一弹性联轴器2与变速箱3相联接，变速箱3通过第二弹性联轴器4与传动机构5相连，传动机构5与轴承机构6相连，轴承机构6与循环油箱22相连接，温度传感器7、加速度传感器8均与预警监测装置相连接，径向加载机构13与轴向加载机构19分别联接设置于轴承机构6的侧部，循环油箱22上设置有油泵电动机26。

如图2所示的是本发明的轴承结构的优选实施例的结构示意图，作为一种较佳的实施例，轴承机构6的内部设置有试验芯轴61、四副试验轴承62、上下对称分布的异常磨损保护机构66，试验轴承62配合嵌套设置于试验芯轴61上，两副试验轴承62之间的间隙内设置有隔离内衬环63，隔离内衬环63配合套设在试验芯轴61上，异常磨损保护机构66的内侧固定设置有呈左右对称分布的机械臂执行机构67，机械臂执行机构67的内端配合设置于隔离内衬环63的外表面上，异常磨损保护机构66的外端设置有用于紧固和上下调节的铰接座68，试验芯轴61的左右端部套设有相配合的锁紧螺母65，相邻两副试验轴承62之间的间隙处设置有挡拆垫片64。

如图4所示的是本发明的机械臂执行机构的优选实施例的结构示意图，作为一种较佳的实施例，机械臂执行机构67包括纵向杆件671、左右对称分布的内衬保护块672，内衬保护块672固定设置于纵向杆件671的内端部，内衬保护块672的内侧面设置有半圆形的旋转配合滑槽673，机械臂执行机构67通过旋转配合滑槽673与隔离内衬环63的外表面旋转滑动配合连接。

作为一种较佳的实施例，异常磨损保护机构66的内侧设置有向外凹陷的外凹滑槽69。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置还包括基座10，主电机1、变速箱3、轴承机构6均固定在基座10上。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置的底部设置有大底座40、小底座39、连接底座41，循环油箱22通过小底座39固定设置在大底座40上，预警监测装置通过连接底座41固定在大底座40上。

作为一种较佳的实施例，径向加载机构13的侧部还设置有径向压力变送器12、径向蓄能器14、径向控制阀15、径向压力表11，径向加载机构13与径向压力变送器12、径向蓄能器14、径向控制阀15相联接，径向压力表11设置于径向压力变送器12与径向蓄能器14之间；横向加载机构19的侧部还设置有横向蓄能器16、轴向压力变送器18、轴向压力表17、轴向控制阀20，横向加载机构19与轴向压力变送器18、横向蓄能器16、轴向控制阀20相联接，轴向压力表17设置于轴向压力变送器18与横向蓄能器16之间。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有变频器21，变频器21与主电动机1相联接；循环油箱22还设置有单向阀23、压力表24、量程计25，油泵电动机26通过循环油箱22、单向阀23、进油管9与轴承机构6相连通，油泵电动机26通过循环油箱22、出油管27与轴承机构6相连通。

作为一种较佳的实施例，故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有滚动轴承抽屉28、试验轴抽屉29、工具箱30、散热器31；故障诊断与剩余寿命预测装置上还设置有总开关32、主电动机启动键33、主电动机停止键34、油泵电动机启动键35、油泵电动机停止键36、复位键37、急停键38，总开关32分别与电动机启动键33、油泵电动机启动键35相联接，主电动机启动键33、主电动机停止键34分别与主电动机1相联接，油泵电动机启动键35、油泵电动机停止键36分别与油泵电动机26相联接，复位键37与总开关32相联接，急停键38分别与主电动机1、油泵电动机26相联接。

图3是本发明的实施方法的流程示意图，作为一种较佳的实施例，预警监测装置包括信号前置处理模块42、数据采集器43、数据服务器44、plc控制器45、存储器46、显示器47、智能打印机48，加速度传感器8、温度传感器7分别与信号前置处理模块42相联接，信号前置处理模块42分别依次与数据采集器43、数据服务器44、plc控制器45、存储器46、显示器47、智能打印机48相联接。

如图5所示的是本发明的控制电路连接示意图，本发明还提出石化机组轴承故障诊断与剩余寿命预测装置的控制电路，其特征在于，包括主电动机1、变速箱3、轴承机构6、温度传感器7、加速度传感器8、径向压力表11、径向压力变送器12、径向加载机构13、径向蓄能器14、径向控制阀15、横向蓄能器16、轴向压力表17、轴向压力变送器18、轴向加载机构19、轴向控制阀20、变频器21、压力表24、油泵电动机26、散热器31、总开关32、主电动机启动键33、主电动机停止键34、油泵电动机启动键35、油泵电动机停止键36、复位键37、急停键38、信号前置处理模块42、数据采集器43、数据服务器44、plc控制器45、存储器46、显示器47、智能打印机48；加速度传感器8、径向压力表11、轴向压力表17、压力表24的数据分别输入信号前置处理模块42中经数据采集器43输入到数据服务器44中，数据服务器44处理后分别输出给plc控制器45、存储器46、显示器47，存储器46、显示器47分别连接智能打印机48进行打印输出，加速度传感器8、径向压力表11、轴向压力表17、压力表24以及温度传感器7的数据传输到plc控制器45中进行判定，即如果加速度传感器8的数据反应的振动值偏大，超过plc控制器45的设定值时，或者温度传感器7检测到轴承机构6中的润滑油温度超过plc控制器45的设定值时，plc控制器45发出急停指令给急停键38触发主电动机停止键34、油泵电动机停止键36控制主电动机1和油泵电动机26停止运行，试验开始前，首先启动总开关32，然后才能利用plc控制器45触发整个电机以及轴向、径向加载控制，plc控制器45输出第一路控制信号给径向控制阀15，分别启动径向压力变送器12、径向加载机构13、径向蓄能器14实现径向加载；plc控制器45输出第二路控制信号给轴向控制阀20，分别启动横向蓄能器16、轴向压力变送器18、轴向加载机构19实现轴向加载；plc控制器45输出第三路控制信号给变频器21，驱动主电动机1旋转进而通过变速箱3带动轴承机构6实现旋转启动试验；plc控制器45输出第四路控制信号给散热器31实现试验过程中的散热；plc控制器45输出第五路控制信号给主电动机启动键33，手动启动主电动机1旋转进而通过变速箱3带动轴承机构6实现旋转启动试验；plc控制器45输出第六路控制信号给油泵电动机启动键35，手动启动油泵电动机26通过循环油箱22给轴承机构6循环供油，复位键37输入plc控制器45对加速度传感器8、径向压力表11、轴向压力表17、压力表24的数据值进行初始化设置。

下面具体阐述本发明的实施过程。

实施例1

参见附图1，本实施例的一种石化机组滚动轴承故障诊断与剩余寿命预测装置，本装置供电电源采用三相交流电、380v、50hz，功率消耗为5kw,其关键组成部分为：主电动机1、弹性联轴器2、变速箱3、弹性联轴器4、传动机构5、轴承机构6。通过启动主电动机1，在弹性联轴器2的作用下，实现变速箱3的增速或减速功能，从而直接带动轴承机构6中的转动轴运转起来，其滚动轴承通过无级变速的作用下，可实现其转速为：0—5000r/min。

变频器21，设置于本发明的前面板上，其型号为：三菱通用变频器f700，根据试验的需求，应选取合适的频率，当电源频率为50hz时，主电动机1的转速约为3000r/min时，那么变频器48则应选择频率为30—60hz，确保主电动机1的电流小于额定电流6.3a。

为了本发明与石化现场机组更加接近，轴承机构6与循环油箱22相连接，为滚动轴承提供循环的润滑油，从而达到循环冷却的效果。此外，轴承机构6中可根据需要换取不同类型的轴承，主要包括：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、汽车水泵轴连轴承和汽车轮毂轴承。同时，也可通过更换试验轴直径的大小，选取合适轴承直径的大小，本装置中试验的滚动轴承内径大小为10-60mm。

本发明中，左边为径向加载机构13，其径向加载油缸设置在轴承机构6的后面；右边为轴向加载机构19，其轴向加载油缸设置在轴承机构6的左面。另外，轴承机构6上面设置有温度传感器7，实时监测到其里面润滑油的温度大小。无论是径载油缸或轴载油缸，当其薄膜处于平直状态时，薄膜与负荷体之间各零件的装配长度l的内部间隙为0。径载油缸和轴载油缸的两侧装有凸轮，固定在转动轴上，防止装拆时负荷体被卡住。用手转动凸轮轴，令凸轮的凸部触及顶块，于是活塞向后退，使薄膜与负荷体之间出现间隙，便于装卸轴承机构6。同时，可分别通过径向加载机构13、轴向加载机构19、及径向加载机构13和轴向加载机构19共同作用下，选取合适的砝码进行实验。

径向蓄能器14、横向蓄能器16，分别设置于径向加载机构13与横向加载机构19上，起到了稳定压力，减少泄露产生的压力波动。径向活塞在径向加载油缸内，按直径分为φ50mm和φ100mm两种，在压力为10mpa时，可分别产生的总推力为20kn和80kn。当径向力小于20kn时，一般用小活塞；20—80kn时用大活塞。轴向活塞在压力为10mpa时，可产生的总推力为40kn。径载油缸大小活塞的总推力与砝码及挂钩重量和之比分别为80：1和20：1，轴载油缸的总推力与砝码及挂钩重量和之比为40：1。但是，本发明的最大径向载荷为80kn，最大轴向载荷为40kn。

然而，本发明还可以模拟滚动轴承不同类型故障的实时运行情况。也就是在径向加载机构13、轴向加载机构19都不起作用时候（此时则将径向控制阀15、轴向控制阀20都处于关闭状态），将前期故障的滚动轴承安装至本装置进行实验，通过不同故障类型的轴承与正常轴承试验的反复对比，从而获取轴承的故障诊断与预测其未来寿命的发展趋势，为提前更换滚动轴承、提高工作效率、减少安全事故的发生做出了重要的作用。

滚动轴承抽屉28、试验轴抽屉29、工具箱30，依次用来装置不同尺寸大小的滚动轴承、转动轴、各种工具等；一方面合理规范了各部件的摆放，令一方面大大提高了剩余空间的利用，重要的是为石化机组的滚动轴承故障诊断与寿命预测提供了方便。

为了诊断的准确性，本装置采用六个加速度传感器8，分别固定于轴承机构6的前面与后面，加速度传感器8的型号为：ac102-1a。同时加速度传感器的另外一端与信号前置处理模块42相连接，为了保证信号传送的真实性，本装置采用同轴电缆进行数据传送，其中该电缆传输线型号为：coaxialcable。

智能打印机48，依次与数据服务器44、显示器47相连，可根据需要对其进行设置自动打印；同时当机组出现故障或润滑油温度过高时，便会执行自动打印功能，将机组运行的实时状态打印下来，便于后续的故障诊断与预测其发展趋势。依次之外，本装置的智能打印机48除了自动打印外，还会对采集振动值偏大时发出预警的信号，从而起到有效地提醒作用。

实施例2

参见附图3，本发明装置主要通过plc控制器45分别对加速度传感器8与温度传感器7进行有效控制，从而实现石化机组的自动停机功能。具体步骤为：

首先，在石化机组的轴承机构6的前后面分别设置六个加速度传感器8，并将信号前置处理模块42依次与其相连接，从而确保滚动轴承实时振动数据的可靠性与及时性。接着，数据采集器43通过同轴电缆传输线与信号前置处理模块42相连接，数据采集器43将获取的实时数据传送至数据服务器44中；然后，数据服务器44将采集到的数据实时保存至存储器46中，并将滚动轴承实时运行的信号显示在显示器47上。最后，通过对采集的数据进行故障诊断与预测，如果振动值偏大，超过系统的设定值时，或者温度传感器7检测到轴承机构6中的润滑油温度超过系统的设定值时，那么plc控制器45便会执行自动停机功能，以此来确保石化机组设备的安全；如果没有超过设定值时，则对石化机组的滚动轴承继续进行监测与预警。

同时，本发明除了对滚动轴承进行故障诊断之外，还能够通过数据服务器44对获取的振动数据进行分析与处理，并与前期建立的数据库进行模拟对比，从而综合各方面条件，预测出石化机组滚动轴承未来寿命的发展趋势。

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