一种用于螺杆压缩机的状态监测及故障诊断系统的制作方法

本发明涉及一种用于螺杆压缩机的状态监测及故障诊断系统，主要用于诊断螺杆压缩机轴承、转子的故障。

背景技术：

1、螺杆式压缩机，也称螺旋式压缩机，目前分为喷油螺杆式压缩机和无油螺杆式压缩机两大类，一般为箱式撬装结构。在喷油螺杆式压缩机和无油螺杆压缩机分类之下又分为单极螺杆式压缩机和双级螺杆式压缩机；在此之下，又根据不同的排气量及应用场景又分为通风机、鼓风机、压气机等类别，螺杆式压缩机已经成为工业生产中不可或缺的一部分。

2、目前螺杆压缩机行业对螺杆式压缩机主机的性能测试技术发展较为成熟，但是在压缩机故障检测及诊断方面，尤其是诊断轴承、转子性能故障及瑕疵时，依然使用重复拆装检查的方式来排除故障，故障诊断效率低，难以实时分析和诊断故障。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，使用方便，能实时分析和诊断的用于螺杆压缩机的状态监测及故障诊断系统。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于螺杆压缩机的状态监测及故障诊断系统的特点在于：包括转速传感器、数据采集器、pc上位机、以及用于安装到螺杆压缩机主机上的一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器，所述一号振动速度传感器、转速传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器均通过线缆和数据采集器连接，所述数据采集器通过网线和pc上位机连接；所述一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器分别安装在螺杆压缩机主机目标测点的xyz三个方向，该一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器均设置有磁吸底座，均通过磁吸底座与螺杆压缩机主机的接触面垂直吸合，所述一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器的轴线交于目标测点；所述转速传感器安装于螺杆压缩机主机输入轴的联轴器外侧，且位于输入轴的径向方向上；

3、利用一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器采集螺杆压缩机主机的xyz目标测点方向数据；速度信号为电压信号，通过数据采集器进行模数转换，把采集到的电压变化信息转换成数据信号，再由pc上位机处理成振动数据；

4、利用转速传感器监测转速，采用非接触方式采集转速信号，联轴器上贴加的反光条为转速传感器的触发标志，获得一系列的脉冲信号，通过数据采集器进行模数转换，把采集到的脉冲信息传送到pc上位机上形成转速信息，存储在pc上位机内并由显示控件显示；

5、pc上位机在获取到上述xyz三个方向的振动速度数据及转轴转速时，会实时进行如下数据分析；

6、①时域波形及时域特征数据：根据采集到振动信息，pc上位机会按照用户设定的采集频率生成实时的时域曲线，以及展示出在时域分析中能获得的峰峰值、正峰、反峰、均方值特征数据；并且操作者手动切换选择xyz三个通道中任意一个通道的数据；

7、②频域曲线及特征数据：

8、x*y[i] = sum(x[k]y[i-k])

9、上式中，x表示输入信号；y表示选择的滤波器频率响应函数；i表示当前时间点索引；k表示卷积偏移量；

10、根据采集到振动信息，pc上位机会根据fft算法同时生成实时的频域曲线，并展示出四个波峰的频率及幅值；操作者手动切换选择xyz三个通道中任意一个通道的数据；

11、③轴心轨迹：操作者手动选择两个振动通道的振动数据生成轴心轨迹，pc上位机会以两个通道的数据分别作为x轴和y轴数据，并分别生成轴心在轴向平面及径向的运动轨迹；

12、④瀑布图：瀑布图的生成方式是将信号数据分成多个短时窗口，以快速傅里叶变换的长度作为窗口长度，对每个窗口应用fft算法，将时域信号转换为频域信号；得到每个窗口的频谱数据，将每个窗口的频谱数据按时间顺序排列，形成一个二维矩阵；然后使用三维图控件展示出来；

13、⑤故障分析诊断流程如下：

14、a. 根据用户设定的振动幅值阈值判断是否有故障存在；

15、b. 若a步骤中判断有故障发生，根据频域数据，查找最大振动来源的频率，将此频率与内置数据库的固件振动频率反复进行比对；查找到振动频率相同或者偏差5%以内的固件时，即可判定为此固件存在故障；

16、c. 若b步骤中未查找到相近振动频率固件，则可判定为转轴存在故障；

17、d. 在完成b步骤和c步骤的判定之后，再次比对频域数据中最大振动幅值频率、第二振动幅值频率、第三振动幅值频率与工作频率的关系，以及相互之间的大小关系，最终对比关系结合内置数据库中的预设判断依据给出诊断意见。

18、作为优选，本发明所述一号振动速度传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器均为带iepe电路的dft1205压电式振动速度传感器。

19、作为优选，本发明所述转速传感器为光电式转速传感器cyt70。

20、作为优选，本发明所述转速传感器为高频率光电式接近开关，开关响应频率高达300hz，开关安装间距可调。

21、作为优选，本发明所述一号振动速度传感器、转速传感器、二号振动速度传感器和三号振动速度传感器的连接线两头均使用bnc接头连接，最大程度减少外部干扰，并能保证接头线缆不会受到物理振动松动。

22、作为优选，本发明所述数据采集器包括主控板和调理板，主控板负责数据采集和pc上位机通信任务，调理板负责直接和传感器或电压信号连接，模拟放大、滤波调理功能，然后接入主控板的ad采集芯片入口。嵌入式linux操作系统保证了系统实时、稳定，每路独立增益和a/d转换器，提高了信噪比和隔离性，多通道同步并行采集设计，各路信号的完整无损，性能稳定可靠。

23、作为优选，本发明所述pc上位机使用labview开发，用于处理从数据采集器获取的数据，实时显示时域分析图表、频域分析图表、时频瀑布图、轴心轨迹图，根据用户的设定参数进行报警及故障诊断，并打印上述界面内容。

24、作为优选，本发明所述数据采集器为使用cyclone v soc开发板基于嵌入式linux技术开发的数据采集器。

25、作为优选，本发明所述pc上位机为安装了基于labview开发的螺杆压缩机的状态监测及故障诊断系统的pc机，具备时频分析、故障诊断、文件i/o功能。

26、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

27、1. 实时性好：所有数据处理及数据分析均可实时进行，能更方便现场切换工况，及时发现反馈故障。

28、2. 故障诊断：能根据用户设定的阈值进行特征点提取、数据库比对，进而给出故障及诊断。

29、3. 适用范围广，能适用于各个型号的螺杆式压缩机。

30、4. 功能集成：从数据采集到数据处理、分析，展示分析结果，本系统独立完成，不需要再借助外部软件。

31、5. 可视化程度高：能将数据实时转化成为直观的时图表，便于获取关键数据。

32、6. 能快捷输出保存系统各个界面的截图以及数据。