电机轴承在线监测及智能预警系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机轴承在线监测及智能预警系统，属于电机的智能在线监测领域。系统包括轴承温度传感器、环境温度传感器、轴承噪音传感器、测量分析模块、显示模块、通讯模块、现场报警模块；轴承温度传感器测量轴承外圈处实时温度，环境温度传感器测量电机工作环境温度，送给测量分析模块并结合轴承噪音传感器所测数据进行分析判断轴承的运行和工作状态，通过显示模块、通讯模块或现场报警模块进行预警或报警。本系统实现了电机轴承的预警和报警，及时发现、及时处理，有效避免了轴承故障的扩大，大大提高了维修维护效率。而且结构简单、安装方便、成本较低，可广泛应用于中小型电机的轴承智能在线监测。
【专利说明】
电机轴承在线监测及智能预警系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种电机轴承在线监测系统，特别是一种在实现电机轴承在线监测的同时，还能进行智能预警的系统，属于电机的智能在线监测领域。
【背景技术】
[0002]轴承是在电力、冶金、航空领域等电机中应用较为广泛的一种通用设备，其工作条件也非常恶劣。轴承在电机中起着承载负荷和传递负荷的作用，它的运行状态是否正常，直接影响到整个电机的性能，轴承故障会造成电机绕组和轴的损坏，导致设备的烧坏和损毁，同时引起的电机性能劣化或意外停机，对工业生产还会带来不可估量的损失，因此对轴承运行状态的监测与预警十分必要。但是由于成本等问题，尤其是中小型电机，往往不进行轴承的监测和预警。
[0003]现阶段采用的轴承检测方法一般为人工检测和单一信息源检测，通过测试人员听异音和使用便携测温器判别轴承工作状态，这种测试方法由于测试人员的不同、检查的时间、以及环境、测试设备的影响等都会造成检测结果不准确、不及时。单一信息源检测方法如中国专利“一种电机轴承状态监测系统”(申请号:201220323453.4)提出了轴承温度的在线监测，但是仅根据轴承的温度进行限值判断报警，受环境温度影响较大、误报率高，判别依据单一、不能对轴承故障先兆提前进行预警;缺少轴承故障复检，难以快速查明故障原因，影响生产；而且在无人值守的情况下，不能及时通知运行人员，以便在故障初期采取措施，避免故障的扩大化等。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提出一种电机轴承在线监测及智能预警系统。基于电机轴承异常后引发的外圈温度变化和轴承噪声变化进行监测，在电机轴承出现故障先兆时能够及时诊断、及时预警、及时处理，有效避免了故障的扩大，以及由其引发的设备损毁和意外停产等严重后果。本系统结构简单、安装方便、成本较低，有效提高预警和报警的准确率、避免误报，同时方便运行人员现场处理。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
所述的电机轴承在线监测及智能预警系统包括轴承温度传感器(I)、环境温度传感器
(2)、测量分析模块(3)、显示模块(4)、通讯模块(5)、现场报警模块(6);轴承温度传感器(I)从电机端盖处钻孔置入，与电机轴承外圈紧密接触，将测得的轴承外圈处实时温度送给测量分析模块(3)，环境温度传感器(2)测量电机工作环境温度，送给测量分析模块(3)，将轴承外圈温度与环境温度相减，得到轴承外圈实时温升。
[0006]轴承运转时由于异物进入轴承内部、润滑不当及油中存在杂质都会引起磨损，轴承在重载、高速下运转，短时间内局部达到高温，因此通过分析轴承温度上升趋势和温升值，可以判别轴承故障发展的速度，以便及时采取措施。基于此，本系统中测量分析模块(3)分析轴承外圈温升的变化趋势，出现短时间温升上升趋势加剧、或超过设定的上升阈值的情况，作为轴承异常预警的判据;这里采用温升，是为了尽量消除环境温度变化的影响。
[0007]不同的轴承，在其正常运转下，各自有固定的温升上升趋势，而且在运转过程中温升会上升到一个稳定的值，轴承一旦存在故障，上升趋势会有明显的异常变化，而且温升会超过正常情况下的稳定值。因此，将趋势变化和温升值作为故障先兆进行预警。
[0008]另外，轴承外圈的温度值也会直接反映轴承的工作及健康状态，而且在温升不过限的情况下，由于环境温度过高，散热困难，而导致轴承温度过高，也会影响轴承的工作性能和使用寿命。测量分析模块(3)将轴承外圈的实测温度值与设定的预警阈值和报警阈值进行比较，超过设定的预警阈值进行预警、超过设定的报警阈值进行报警；当超过预警阈值时，提醒工作人员轴承工作异常，当超过报警阈值时，发出警报，提醒工作人员轴承故障严重，需要停机检修。
[0009]测量分析模块(3)通过显示模块(4)、通讯模块(5)或现场报警模块(6)进行预警或报警。轴承工作出现异常时，现场报警模块(6)可采用声、光等方式提醒现场工作人员，显示模块(4)也将会显示报警状态，以及轴承温度值和噪声值等具体运行数据，还可经通讯模块
(5)通知中心服务器(10)，由控制中心及时调度安排工作人员采取措施。
[0010]为了便于辅助工作人员进行轴承异常工作状态的检修和维护，所述系统还包括按键(7)，当测量分析模块(3)进行预警、运行人员现场处理后，通过按键(7)或通讯模块(5)向测量分析模块(3)发送处理完毕指令，则测量分析模块(3)在设定的延时时间间隔内不进行预警或报警。一般出现预警主要的原因是环境温度过高、轴承润滑油缺失、轴承故障先兆三种，环境温度过高直接通过环境温度和轴承温升就能直接判断出来，而轴承润滑油缺失和轴承故障先兆就需要进行区分，最直接的办法就是预警后，先按照轴承润滑油缺失处理，上完润滑油后由于需要有充分润滑的时间，因此需要将预警或报警闭锁设定的延时时间间隔。
[0011]当经过设定的延时时间间隔后，测量分析模块(3)自动进入复检工作状态，在设定的复检时间间隔内，测量分析模块(3)再次检测到符合预警的条件，则进行报警，复检时间间隔结束后，测量分析模块(3)自动恢复为正常工作状态。
[0012]电机经过设定的复检时间间隔不再检测到符合预警的条件，说明润滑起作用，问题已经解决。在设定的复检时间间隔内再次发生预警，说明轴承发热不是由于润滑问题引起时，即轴承本身出现了严重缺陷，因此需要报警。经过复检时间间隔后，不论是否发生预警，测量分析模块(3)都需要自动复位，恢复为正常工作状态。
[0013]为了进一步提高预警的准确性，所述系统还包括轴承噪音传感器(8)，安装于电机轴承附近的电机端盖上，将采集到的噪音送给测量分析模块(3)，测量分析模块(3)进行噪音特征提取，分析判断轴承的工作状态，结合轴承温度与轴承温升数据，进行轴承的状态预警和报警。
[0014]轴承即使有轻微的剥离等损伤，也会发出不规则异常声音，大约14%的轴承过早损毁是污染所致，外部杂质进入轴承工作面引起非周期性振动和噪声。若其噪声连续不断，则可能是滚道有伤;若其噪声或有或无周期性，则为滚动体受损:若滚动体碎裂，会产生“锉齿声、冲击声”等。因此噪声特征对于轴承的故障先兆也有着直观的反映，将温度和噪声一起作为信息源，能够更好的判断故障先兆，准确预测故障发展。
[0015]由于电机前后两端都具有轴承，因此轴承温度传感器(I)为2个，分别接入测量分析模块(3)，对电机前后轴承同时进行监测;相应的，轴承噪音传感器(8)也为2个，分别接入测量分析模块(3)，对电机前后轴承同时进行监测。
[0016]系统包括便携式装置(9)和中心服务器(10)，测量分析模块(3)将轴承运行温度、温升和噪声数据，以及预警和报警信息，经通讯模块(5)发送给便携式装置(9)或中心服务器(10);同时，通过便携式装置(9)或中心服务器(10)经通讯模块(5)向测量分析模块(3)发送信息、设置所述系统的各种工作参数。工作人员可以借助便携装置(9)随时随地了解轴承工作状态，发生异常时能够及时响应、及时处理，同时便于现场操作；中心服务器(10)还可以随时记录轴承状态，方便对轴承寿命预测的参考。
[0017]系统包括数据接口(11)，直接连接外部电子设备(12)，进行数据交换。可以将实测的温度和噪声数据导出到计算机等其他外部电子设备(12)中，方便现场测试维护人员对轴承运行状态的进一步深入分析。
[0018]与现有技术相比较，本发明具有如下优点:
I)采用温升结合温度、以及变化趋势进行电机轴承的故障先兆预警，可以尽早发现电机轴承出现劣化、以及缺少润滑油等情况，提高了预警准确率，有效避免了故障的扩大，以及由其引发的设备损毁和意外停产等严重后果。
[0019]2)基于电机轴承异常后引发的外圈温度和轴承噪声联合进行监测预警，进一步提高了预警和报警的准确率。
[0020]3)复检工作状态的设计，有利于辅助运行人员及时处理、迅速解决故障，避免故障深化或长时间停产造成损失，大大提高了维修维护效率。
[0021]4)采用便携式装置或中心服务器，使运行人员随时了解轴承状态，极大地提高了预警和处理速度，方便了运行人员，避免了因故障的进一步发展而造成轴承损坏。
[0022]此外，本系统的设计使其还具有结构简单、安装方便、成本较低等优点。
【附图说明】
[0023]图1:系统构成示意图。
[0024]图中:1-轴承温度传感器，2-环境温度传感器，3-测量分析模块，4-显示模块，5-通讯模块，6-现场报警模块，7-按键，8-轴承噪声传感器，9-便携式装置，10-中心服务器，11-数据接口，12-外部电子设备。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明:
如图1所示，电机前后轴承分别各有一个轴承温度传感器(I)和轴承噪声传感器(8)，四个传感器都经过电机端盖的钻孔探入并紧贴在轴承外圈，将测得的轴承温度和噪声数据送给测量分析模块(3)。环境温度传感器(2)测量环境温度，并与测量分析模块(3)连接。测量分析模块(3)将轴承外圈温度与环境温度相减，即可得到轴承外圈实时温升。
[0026]测量分析模块(3)分析轴承外圈温升和温度的变化趋势，结合轴承噪音传感器(8)的数据进行噪音特征提取和分析判断，实现轴承的状态预警和报警。
[0027]测量分析模块(3)通过显示模块(4)、通讯模块(5)或现场报警模块(6)进行预警或报警。轴承工作出现异常时，现场报警模块(6)可采用声、光等方式提醒现场工作人员，显示模块(4)也将会显示报警状态，以及轴承温度值和噪声值等具体运行数据，还可经通讯模块
(5)通知中心服务器(10)，由控制中心及时调度安排工作人员采取措施。
[0028]按键(7)与测量分析模块(3)相连，设置所述系统的工作状态，辅助工作人员进行轴承异常工作状态的检修和维护。
[0029]便携式装置(9)可通过通讯模块(5)与测量分析模块(3)通讯，接收轴承运行温度、温升和噪声数据，以及预警和报警信息，随时随地了解和分析轴承工作状态，并能设置测量分析模块(3)的各种工作参数。
[0030]数据接口(11)一般为USB插口或RJ45网口等，与测量分析模块(3)相连，用于直接连接计算机等外部电子设备(12)，将实测的温度和噪声数据导出做进一步深入分析。
【主权项】
1.电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:系统包括轴承温度传感器(I)、环境温度传感器(2)、测量分析模块(3)、显示模块(4)、通讯模块(5)、现场报警模块(6); 轴承温度传感器(I)从电机端盖处钻孔置入，与电机轴承外圈紧密接触，将测得的轴承外圈处实时温度送给测量分析模块(3)，环境温度传感器(2)测量电机工作环境温度，送给测量分析模块(3)，将轴承外圈温度与环境温度相减，得到轴承外圈实时温升； 测量分析模块(3)分析轴承外圈温升的变化趋势，出现短时间温升上升趋势加剧、或超过设定的上升阈值的情况，作为轴承异常预警的判据； 测量分析模块(3)将轴承外圈的实测温度值与设定的预警阈值和报警阈值进行比较，超过设定的预警阈值进行预警、超过设定的报警阈值进行报警； 测量分析模块(3)通过显示模块(4)、通讯模块(5)或现场报警模块(6)进行预警或报塾目ο2.根据权利要求1所述的电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:系统包括按键(7)，当测量分析模块(3)进行预警、运行人员现场处理后，通过按键(7)或通讯模块(5)向测量分析模块(3)发送处理完毕指令，则测量分析模块(3)在设定的延时时间间隔内不进行预警或报警;经过设定的延时时间间隔后，测量分析模块(3)自动进入复检工作状态，在设定的复检时间间隔内，测量分析模块(3)再次检测到符合预警的条件，则进行报警，复检时间间隔结束后，测量分析模块(3)自动恢复为正常工作状态。3.根据权利要求1所述的电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:系统包括轴承噪音传感器(8)，安装于电机轴承附近的电机端盖上，将采集到的噪音送给测量分析模块(3)，测量分析模块(3)进行噪音特征提取，分析判断轴承的工作状态，结合轴承温度与轴承温升数据，进行轴承的状态预警和报警。4.根据权利要求1和3所述的电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:轴承温度传感器(I)为2个，分别接入测量分析模块(3)，对电机前后轴承同时进行监测;相应的，轴承噪音传感器(8)也为2个，分别接入测量分析模块(3)，对电机前后轴承同时进行监测。5.根据权利要求1所述的电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:系统包括便携式装置(9)和中心服务器(10)，测量分析模块(3)将轴承运行温度、温升和噪声数据，以及预警和报警信息，经通讯模块(5)发送给便携式装置(9)或中心服务器(10);同时，通过便携式装置(9)或中心服务器(10)经通讯模块(5)向测量分析模块(3)发送信息、设置所述系统的各种工作参数。6.根据权利要求1所述的电机轴承在线监测及智能预警系统，其特征在于:系统包括数据接口(11)，直接连接外部电子设备(12)，进行数据交换。
【文档编号】G01M13/04GK106017932SQ201610620339
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】周封, 郝婷, 刘健, 赵文亮, 刘小可, 王丙全
【申请人】哈尔滨理工大学, 周封