一种旋转机械检修和故障诊断模拟系统的制作方法

本申请涉及设备检修和故障诊断技术领域，尤其涉及一种旋转机械检修和故障诊断模拟系统。

背景技术：

在工业生产中，旋转机械是主要的生产设备，旋转机械的稳定运行是安全、高效生产的前提。旋转机械由于长期使用或本身装配精度不足，会随着时间推移出现微小但不影响设备使用的故障，如果不对故障设备及时进行故障诊断和检修，小故障可能引发大的安全和生产事故。设备检修和故障诊断需要有一定技术水平的技能人员，技能人员需要有专门的设施来培训。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在缺少用于培训检修和故障诊断技能人员的专门设施的缺陷。

技术实现要素：

为了改善相关技术中缺少用于培训检修和故障诊断技能人员的专门设施的问题，本申请提供一种旋转机械检修和故障诊断模拟系统。

本申请提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统采用如下的技术方案：

一种旋转机械检修和故障诊断模拟系统，包括：

机械组件，用于模拟旋转机械故障状态；

离线点检组件，用于在离线状态下采集机械组件的运行数据进行数据分析和诊断；

在线监测诊断组件，用于实时在线采集机械组件的运行数据进行数据分析和诊断。

通过采用上述技术方案，可以通过机械组件模拟旋转机械的故障状态，采用离线点检组件和在线监测诊断组件对机械组件的运动状态进行数据采集和分析诊断，以使得受训人员能够通过模拟过程掌握设备检修和故障诊断的技能。

进一步的，机械组件包括若干台故障诊断泵体、若干台检修泵体、若干台动平衡实操风机、控制模块及主水管；

故障诊断泵体通过第一进水管路和第一出水管路与主水管连接进行闭路水循环，第一进水管路上设置有第一蝶阀、第一滤网、第一流量检测元件和第一压力检测元件，第一出水管路上设置有第二蝶阀、第一止回阀、第二流量检测元件和第二压力检测元件；

检修泵体通过第二进水管路和第二出水管路与主水管连接进行闭路水循环，第二进水管路上设置有第二滤网和第三压力检测元件，第二出水管路上设置有第二止回阀和第四压力检测元件；

动平衡实操风机的叶轮设置有预留的平衡孔，用于调整平衡实操风机的平衡状态；

控制模块用于控制故障诊断泵体、检修泵体和平衡实操风机的运行状态。

通过采用上述技术方案，利用故障诊断泵体和检修泵体可以进行泵体的故障诊断和检修模拟，同时，通过预留的平衡孔调整平衡实操风机上的配重可以实现平衡和非平衡运行状态，便于进行风机故障诊断条件的模拟，控制模块便于对机械组件所包括的泵体和风机的运行状态进行集中统一控制。

进一步的，离线点检组件包括振动采集模块，用于采集机械组件的振动频谱数据；超声采集模块，通过发射超声波和接收超声反射波采集机械组件的声学数据；红外采集模块，通过红外热成像采集机械组件表面的温度场数据；分析诊断模块，用于对振动频谱数据、声学数据和温度场数据进行分析和诊断。

通过采用上述技术方案，离线点检组件可以通过振动检测、超声检测和红外成像的技术手段采集机械组件运行状态数据并通过分析诊断模块对数据进行分析处理得到诊断结果。

进一步的，振动采集模块包括三轴加速度传感部件，用于检测机械组件空间三个方向的振动信号；振动数据采集部件，与三轴加速度传感部件相连，能够进行多通道同步数据采集、升降速跟踪采集和自动长时间时域波形采集；激振部件，用于对机械组件进行激振便于三轴加速度传感部件检测固有频率信号。

通过采用上述技术方案，振动采集模块可以同时检测机械组件在空间三个方向上的振动信号并进行数据采集，在设备停机情况下，可以通过激振部件敲击机械组件以获得机械组件的固有频率信息。

进一步的，超声采集模块包括若干个超声传感部件，用于向机械组件内部发射超声波并接收超声反射波，所述若干个超声传感部件所发射的超声波强度和频率不同；声学数据采集部件，与超声传感部件相连，能够根据超声传感部件输出的信号采集声学数据。

通过采用上述技术方案，若干个超声传感部件以不同强度、不同频率的超声波进行检测，超声采集模块可以反映不同类型的设备故障，故障识别能力强。

进一步的，红外采集模块包括红外热成像部件，能够进行可见光和红外图像自动对准、自动调焦、发射率修正、背景温度补偿。

通过采用上述技术方案，通过对机械组件表面进行热成像获得机械组件的温度场，能够识别机械组件的运行状态，同时，自动对准、自动调焦、发生率修正和背景温度补偿功能使得热成像精度更高，识别能力更强。

进一步的，离线点检组件还包括无线传输模块，用于将振动频谱数据、声学数据和温度场数据无线传输至分析诊断模块进行分析和诊断；第一远程通信模块，用于将振动频谱数据、声学数据和温度场数据传送至远程终端。

通过采用上述技术方案，振动采集模块、超声采集模块和热成像模块可以与分析模块进行无线数据传输，便于操作人员在危险距离之外进行数据采集和故障诊断；第一远程通信模块能够将采集的数据传送至远程终端，便于专家和其他技术人员进行远程分析和诊断。

进一步的，在线监测诊断组件包括在线传感模块，在线传感模块包括若干分布于机械组件上的传感器，用于实时检测机械组件运行状态；在线采集模块，与在线传感模块相连，用于根据在线传感模块输出的信号实时进行数据采集；在线诊断模块，与在线采集模块相连，用于根据在线采集模块采集的数据实时进行故障诊断。

通过采用上述技术方案，可以对机械组件的运行状态实时进行检测、分析和故障诊断。

进一步的，在线诊断模块能够通过学习自动建立标准运动状态模型，并与实时建立的诊断模型进行对比，根据对比结果对机械组件的运行状态进行评估。

通过采用上述技术方案，在线诊断模块能够通过自我学习建立机械组件的标准运动状态模型，并将实时检测的机械组件运行状态的诊断模型与标准运动状态模型对比，对机械组件的运行状态做出评估和处理建议，故障诊断的智能化程度高。

进一步的，旋转机械检修和故障诊断模拟系统还包括数据库管理组件，用于对离线点检组件和在线监测诊断组件采集的数据进行存储和管理，便于分析和调用；设备库管理组件，用于对设备信息、故障诊断历史、维修历史数据进行存储和管理，便于查询和使用。

通过采用上述技术方案，数据库管理组件可以将所有传感器采集的数据进行存储和管理，便于对比、分析、调用和参考；同时，设备库管理组件将设备信息、故障诊断和维修历史数据进行存储和管理，便于受训人员查询、对比和总结，有助于提高受训人员的检修和故障诊断技术水平。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.该系统通过设置机械组件、离线点检组件和在线监测诊断组件，受训人员能够对多种旋转机械以多种方法进行故障诊断，涉及的旋转机械和检测设备种类多，受训人员能够获得充分的技能培训；

2.该系统通过数据库管理组件和设备库管理组件对采集的数据、设备信息、诊断历史等进行归档，便于查询、分析和调用；

3.该系统能够进行远程数据传输，能够使技术人员进行远程诊断，便利性强。

附图说明

图1是实施例1的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的功能结构框图；

图2是实施例1的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的机械组件的功能结构框图；

图3是实施例1的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的离线点检组件的功能结构框图；

图4是实施例1的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的在线监测诊断组件的功能结构框图；

图5是实施例2的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的离线点检组件的功能结构框图；

图6是实施例2的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的在线监测诊断组件的功能结构框图；

图7是实施例3的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的功能结构框图。

附图标记说明：1、机械组件；2、离线点检组件；3、在线监测诊断组件；4、数据库管理组件；5、设备库管理组件；11、故障诊断泵体；12、检修泵体；13、动平衡实操风机；14、控制模块；15、主水管；21、振动采集模块；22、超声采集模块；23、红外采集模块；24、分析诊断模块；25、无线传输模块；26、第一远程通信模块；31、在线传感模块；32、在线采集模块；33、在线诊断模块；34、第二远程通信模块；211、三轴加速度传感部件；212、振动数据采集部件；213、激振部件；221、超声传感部件；222、声学数据采集部件；231、红外热成像部件；251、无线发射部件；252、无线接收部件。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种旋转机械检修和故障诊断模拟系统，参照图1，旋转机械检修和故障诊断模拟系统包括机械组件1、离线点检组件2和在线监测诊断组件3。其中，机械组件1用于模拟旋转机械的故障状态；离线点检组件2用于在离线状态下采集机械组件1的运行数据并进行数据分析和诊断；在线监测诊断组件3用于实时在线采集机械组件1的运行数据并进行数据分析和诊断。

实施例1

参照图1，旋转机械检修和故障诊断模拟系统包括机械组件1、离线点检组件2和在线监测诊断组件3。

参照图2，机械组件1包括若干台故障诊断泵体11、若干台检修泵体12、若干动平衡实操风机13、控制模块14和主水管15。

故障诊断泵体11用于受训人员进行泵体故障诊断训练使用，检修泵体12用于受训人员进行泵体检修训练使用，动平衡实操风机13用于受训人员进行风机故障诊断和动平衡调整训练使用，控制模块14用于控制故障诊断泵体11、检修泵体12和动平衡实操风机13的运行状态。容易理解的是，故障诊断泵体11、检修泵体12和动平衡实操风机13并不仅限于各自的用途，例如，故障诊断泵体11也可以用于检修训练，检修泵体12和动平衡实操风机13也可以用于故障诊断训练使用，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不作具体限定。

故障诊断泵体11为单级双吸离心泵，单级双吸离心泵具有与主水管15连接的第一进水管路和第一出水管路。

第一进水管路上设置有第一蝶阀、第一滤网、第一流量检测元件和第一压力检测元件，第一蝶阀用于控制第一进水管路与主水管15的通断和流量调整；第一滤网用于防止主水管15中的污垢进入单级双吸离心泵内造成泵体损伤；第一流量检测元件用于检测第一进水管路上的水流量，第一压力检测元件用于检测第一进水管路内的水压。

第一出水管路上设置有第二蝶阀、第一止回阀、第二流量检测元件和第二压力检测元件。第二蝶阀用于控制第一出水管路与主水管15的通断；第一止回阀用于防止主水管15中的水流经第一出水管路回流造成单级双吸离心泵负载增大发生事故；第二流量检测元件用于检测第一出水管路的水流量；第二压力检测元件用于检测第一出水管路内的水压。

通过对第一进水管路和第一出水管路的水流量和水压力进行检测，便于受训人员观察和调整单级双吸离心泵的运行状态，保证安全。

检修泵体12为单级悬臂离心泵，单级悬臂离心泵具有与主水管15连接的第二进水管路和第二出水管路。

第二进水管路上设置有第二滤网和第三压力检测元件。第二滤网用于防止主水管15中的污垢进入单级悬臂离心泵内造成泵体损伤；第三压力检测元件用于检测第二进水管路内的水压。

第二出水管路上设置有第二止回阀和第四压力检测元件。第二止回阀用于防止主水管15中的水流经第二出水管路回流造成单级悬臂离心泵负载增大发生事故，第四压力检测元件用于检测第二出水管路内的水压。

通过对第二进水管路和第二出水管路内的水压进行检测，便于受训人员观察和调整单级悬臂离心泵的运行状态，保证安全。

可选的，检修泵体12也可以是立式泵，便于受训人员掌握不同结构泵体的检修技能。

在本实施例中，主水管15与水源相连，故障诊断泵体11和检修泵体12与主水管15连接形成闭路水循环。

第一压力检测元件、第二压力检测元件、第三压力检测元件和第四压力检测元件为压力传感器，第一流量检测元件和第二流量检测元件为流量传感器。

动平衡实操风机13为离心风机，离心风机的叶轮设置有预留的平衡孔，用调整离心风机的平衡状态。通常情况下，离心风机的叶轮为对称结构，质心位于转轴中央，当叶轮上因开孔导致重量不均时，质心偏离转轴，导致离心风机在运转过程中产生振动，通过在开孔上增加或减少配重以及调整配重的重量可以调整离心风机的振动幅度，从而达到模拟离心风机振动进行检修和故障诊断的目的。根据动平衡实操风机13的振动情况，受训人员还可以进行风机动平衡调整技术的学习。平衡孔可以是在叶轮上开设的通孔，受训人员可以通过在通孔上设置不同重量的螺栓来调整动平衡实操风机13的平衡状态。

控制模块14包括现场控制单元和操作站。现场控制单元可以为plc，用于在现场对故障诊断泵体11、检修泵体12和动平衡实操风机13进行启停控制和转速调整；操作站通过上位机对故障诊断泵体11、检修泵体12和动平衡实操风机13的运行状态进行监测，并通过上位机控制三者的启停和转速调整。

可选的，控制模块14还可以是分布式控制单元，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

离线点检组件2用于在离线状态下采集机械组件1的运行数据并进行数据分析和诊断。例如，当机械组件1所包括的旋转机械发生故障时，可以将离线点检组件2临时应用于故障诊断，而无需将相应检测和诊断设备永久安装于故障设备上。离线点检组件2可以设置为手提箱式，方便携带和使用。

参照图3，离线点检组件2包括振动采集模块21、超声采集模块22、红外采集模块23和分析诊断模块24。

振动采集模块21用于采集机械组件1的振动频谱数据，振动采集模块21可以安装于故障诊断泵体11、检修泵体12及动平衡实操风机13的壳体、管路或底座等需要进行振动频谱数据采集的位置。振动采集模块21包括三轴加速度传感部件211、振动数据采集部件212和激振部件213。

三轴加速度传感部件211可以是三轴加速度传感器，能够同时检测机械组件1空间三个方向上的振动信号，检测效率高。

振动数据采集部件212与三轴加速度传感部件211相连，能够进行多通道同步数据采集、升降速跟踪采集和自动长时间时域波形采集。根据故障诊断需要，三轴加速度传感部件211的数量可以为多个，此时振动数据采集部件212可以多通道同时采集多个三轴加速度传感部件211的振动数据，同时还具有调整采样速度的升降速跟踪采集和自动长时间时域波形采集功能。振动数据采集部件212可以是高速多通道数据采集卡。

激振部件213用于对机械组件1进行激振，便于三轴加速度传感部件211检测固有频率信号。为了分析机械组件1的振动特性以进行故障诊断，需先获得机械组件1本身的固有频率，在机械组件1停机状态下，利用激振部件213敲击机械组件1需要诊断的部位可使其自身振动，此时三轴加速度传感部件211可检测到机械组件1的固有频率信号。激振部件213可以为电动激振器，电动激振器在受训人员手动控制下对机械组件1所包括的旋转机械进行激振。

超声采集模块22通过发射超声波和接收超声反射波采集机械组件1的声学数据，超声采集模块22包括若干个超声传感部件221和声学数据采集部件222。超声传感部件221用于向机械组件1内部发射超声波并接收超声反射波，若干个超声传感部件221发射的超声波强度和频率不同。由于超声波具有穿透力强的特点，将不同强度和频率的超声波发射到机械组件1内部后，根据反射波的时间、强度可以获知机械组件1内部的故障状态和深度；声学数据采集部件222根据超声传感部件221的输出信号进行数据采集，得到记录有故障信息的声学数据。

红外采集模块23通过红外热成像采集机械组件1表面的温度场数据，红外采集模块23包括红外热成像部件231。由于机械组件1所包括的旋转机械在运行过程中会产生热量并传导至外表面，因此通过表面温度场可以反映旋转机械内部的状况。为了提高红外热成像的效果，红外热成像部件还可以对可见光和红外图像自动对准并进行自动调焦、发射率修正及背景温度补偿。

分析诊断模块24用于对振动频谱数据、声学数据和温度场数据进行分析和诊断。例如当单级双吸离心泵因转子不平衡、对中性降低、部件磨损、结构共振、油膜涡动或震荡、润滑不良，或者驱动电机因转子动态偏心、静态偏心、线圈故障等原因产生剧烈振动时，经振动采集模块21采集振动频谱数据后，分析诊断模块24可以对振动频谱数据进行分析确定其具体振动原因和强度；当单级双吸离心泵发生轴承磨损或润滑不良时，可通过超声采集模块22采集单级双吸离心泵内部的声学数据，分析诊断模块24对声学数据进行音频分析，根据反射波的幅度、异常频率的宽度准确定位故障发生点；当单级双吸离心泵内部因磨损、疲劳、变形、松动和异常振动等原因导致泵体局部或整体发生温度变化时，红外采集模块23可采集单级双吸离心泵外部整体或局部的温度场数据，分析诊断模块24根据温度场数据准确定位异常温度点，从而诊断出发生故障的具体位置。

参照图4，在线监测诊断组件3包括在线传感模块31、在线采集模块32和在线诊断模块33。

在线传感模块31包括若干分布于机械组件1上的传感器，用于实时检测机械组件1的运行状态。在线传感模块31所包括的传感器可以为多种，例如可以为压力传感器、流量传感器、振动传感器等，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不作具体限定。多种传感器根据需要固定设置于机械组件1的需要进行检测和故障诊断的部位，实时在线进行检测。

在线采集模块32与在线传感模块31相连，用于根据在线传感模块31输出的信号实时进行数据采集。由于在线传感模块31可包括若干个多种传感器，因此在线采集模块32能够进行多通道数据采集和传输，以满足数据采集的需求。在线采集模块32可以为高速多通道数据采集卡。

在线诊断模块33，与在线采集模块32相连，用于根据在线采集模块32采集的数据进行故障诊断。由于在线采集模块32实时检测机械组件1所包括的旋转机械的运行状态，因此在线诊断模块33能够实时不间断地对旋转机械的故障情况进行诊断，便于实时发现故障问题，及时处理。

在线诊断模块33可以将在线采集模块32采集的数据进行处理并以频谱、图表等多种形式进行数据显示和建立诊断模型，例如频谱图、时域波形图、冲击解调频谱图、冲击解调波形图、倒频谱等。

在线诊断模块33能够在故障诊断过程中通过学习自动建立标准运动状态模型，该标准运动状态模型对应于旋转机械的正常工作状态，当故障诊断过程中实时建立的诊断模型与标准运动状态模型对比存在不一致时，在线诊断模块33给出旋转机械运动状态的评估结果并生成评估报告。例如，当设置于单级双吸离心泵壳体上的三轴加速度传感器检测到的振动幅度超过正常工作状态下的振动幅度的120%时，在线诊断模块33可判断单级双吸离心泵轴承发生磨损，需关注设备运行状态；当设置于单级双吸离心泵壳体上的三轴加速度传感器检测到的振动幅度超过正常工作状态下的振动幅度的150%时，在线诊断模块33可判断单级双吸离心泵转轴发生变形，需停机更换备件。

实施例1提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的工作原理为：

机械组件1包括单级双吸离心泵、单级悬臂离心泵和离心风机。当进行故障诊断时，故障诊断分为离线点检和在线诊断二种模式。

在离线点检模式下，受训人员可将振动采集模块21设置于机械组件1所包括的旋转机械表面，以采集旋转机械的振动频谱数据；受训人员可将超声采集模块22设置于旋转机械表面或靠近旋转机械表面，以采集旋转机械内部的声学数据；受训人员可将红外采集模块23靠近旋转机械设置，以采集旋转机械表面的温度场数据。分析诊断模块24对振动频谱数据、声学数据和温度场数据进行综合分析，给出故障诊断结果。

在在线诊断模式下，设置于机械组件1所包括的旋转机械上的在线传感模块31实时检测旋转机械的运行状态，在线采集模块32实时进行数据采集，在线诊断模块33对采集的数据实时进行分析和处理，给出故障诊断结果。

在受训人员进行检修培训时，可对旋转机械进行拆装、部件更换、润滑等，以提高检修技能。

实施例2

参照图5和图6，实施例2提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统与实施例1的不同之处在于，离线点检组件2还包括无线传输模块25和第一远程通信模块26，在线监测诊断组件3还包括第二远程通信模块34。

无线传输模块25用于将振动频谱数据、声学数据和温度场数据无线传输至分析诊断模块24。无线传输模块25包括无线发射部件251和无线接收部件252，无线发射部件251与振动采集部件212、超声采集部件222和红外热成像部件231相连，用于将振动频谱数据、声学数据和温度场数据进行无线发射，无线接收部件252与分析诊断模块24相连，用于接收振动频谱数据、声学数据和温度场数据。无线传输模块25可以是基于无线局域网络或蓝牙的无线传输元件或设备，此处不作具体限定。

在旋转机械的运行过程中，受训人员近距离采集数据并通过有线的方式将数据传输至分析诊断模块24时，存在一定的安全隐患。无线传输模块25可通过无线传输的方式将数据传输至分析诊断模块24，受训人员在安全区域即可进行分析诊断。

第一远程通信模块26与分析诊断模块24相连，用于将振动频谱数据、声学数据和温度场数据传送至远程终端，专家或其他技术人员可以在远程终端接收数据进行故障分析和诊断。

第二远程通信模块34与在线诊断模块33相连，用于将在线采集模块32采集的数据传送至远程终端，此时，专家和其他技术人员不仅可以在远程终端接收数据进行故障分析和诊断，还能够对受训人员的诊断结果进行评判。

第一远程通信模块26和第二远程通信模块34可以是基于互联网或移动无线网络的远程通信设备，此处不作具体限定。

实施例2所提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的工作原理与实施例1类似，在实施例1的基础上增加了无线传输和远程传送功能，此处不再赘述。

实施例3

实施例3提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统在实施例1和实施例2的基础上还包括数据库管理组件4和设备库管理组件5。

数据库管理组件4用于对离线点检组件2和在线监测诊断组件3采集的数据进行存储和管理，便于分析和调用。在一定情况下，设备存在的问题较为复杂时，需要对采集的数据进行后期详细分析和判断，数据库管理组件4能够对这些数据进行分类存储和管理。同时，大量数据的存储有利于不同故障之间进行数据对比和参考。

设备库管理组件5用于对设备信息、故障诊断历史、维修历史数据进行存储和管理，便于查询和使用。在旋转机械运行的整个寿命过程中，同一设备或同类设备的同一故障可能发生多次，为了便于在每次发生故障时提高诊断和处理效率，受训人员可通过设备库管理组件5查询相应设备的信息、故障诊断历史和维修历史进行参考。

实施例3所提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统的工作原理与实施例1和实施例2类似，在实施例1和实施例2的基础上增加了数据库管理和设备库管理功能，此处不再赘述。

本申请提供的旋转机械检修和故障诊断模拟系统，不仅使受训人员能够掌握旋转机械的检修技能，还能在离线和在线两种模式下对不同的类型的旋转机械进行故障诊断，涉及的旋转机械和检测设备种类多，受训人员能够获得充分的技能培训。该系统能够将采集的数据和设备管理数据进行存储，便于后续调用和查询，具有重要的参考价值，同时，实现数据的远程传输使得专家和其他技术人员能够同步参与故障诊断，有利于提高故障诊断的效率和准确性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。