本實(shí)用新型屬于大型能動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大型齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著全球性能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，作為綠色能源的風(fēng)能已受到世界各國(guó)的高度關(guān)注，我國(guó)中長(zhǎng)期規(guī)劃明確支持“重點(diǎn)研究開發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備”，風(fēng)電裝備由此得到了迅猛發(fā)展。根據(jù)目前的增長(zhǎng)趨勢(shì)，世界風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)到2020年底，全球裝機(jī)容量至少為1.9×106MW。中國(guó)則繼續(xù)在世界風(fēng)能發(fā)展中發(fā)揮領(lǐng)軍作用。與此同時(shí)，全球海上風(fēng)電也實(shí)現(xiàn)了持續(xù)增長(zhǎng)，海上風(fēng)電總的裝機(jī)容量占全球風(fēng)電裝機(jī)容量的1.2%。

在風(fēng)電迅猛發(fā)展的同時(shí)，風(fēng)力機(jī)高額的運(yùn)行維護(hù)成本影響了風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)場(chǎng)一般地處偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣，并且機(jī)艙位于60～90 m以上的高空，給機(jī)組的維護(hù)維修工作造成了困難，從而增加了機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本。對(duì)于工作壽命為20年的機(jī)組，運(yùn)行維護(hù)成本大約占到風(fēng)場(chǎng)收入的10%～15%；對(duì)于海上風(fēng)場(chǎng)，用于風(fēng)力機(jī)運(yùn)行維護(hù)的成本高達(dá)風(fēng)場(chǎng)收入的20%～25%。高額的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用增加了風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)成本，降低了風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)效益。因此，無論是從降低風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，還是減少運(yùn)作成本的角度考慮，都需要大力發(fā)展和提高風(fēng)力機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)。增速齒輪箱做為風(fēng)力機(jī)的能量傳動(dòng)部位在運(yùn)行過程中收到環(huán)境因素影響較為明顯，由于所處部位的特殊性造成其在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)異常磨損及損壞，從而造成停機(jī)，給風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，針對(duì)現(xiàn)有齒輪箱運(yùn)行磨損狀態(tài)可視監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和研制，是目前對(duì)齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障分析亟待解決的問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種對(duì)齒輪箱的粘度、磨損顆粒分布及濃度、磨損顆粒圖形照片等項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的在用齒輪箱磨損狀態(tài)可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)在線可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：監(jiān)測(cè)動(dòng)力源、恒溫模塊 、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集ARM模塊、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理；監(jiān)測(cè)動(dòng)力源連接恒溫模塊，恒溫模塊連接傳感器模塊與數(shù)據(jù)采集ARM模塊，數(shù)據(jù)采集ARM模塊分別連接監(jiān)測(cè)動(dòng)力源、傳感器模塊、數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸連接數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理。

監(jiān)測(cè)動(dòng)力源包括：電動(dòng)閥、微型齒輪泵、調(diào)速模塊、啟停模塊、油樣防堵塞塊；恒溫模塊包括：加熱源、強(qiáng)制風(fēng)冷器 ；電動(dòng)閥連接微型齒輪泵，微型齒輪泵分別和調(diào)速模塊、啟停模塊、油樣防堵塞塊連接；油樣防堵塞塊分別和加熱源、強(qiáng)制風(fēng)冷器 連接；調(diào)速模塊、啟停模塊、加熱源、強(qiáng)制風(fēng)冷器 分別和數(shù)據(jù)采集ARM模塊連接。

傳感器模塊包括：粘度傳感器、金屬顆粒傳感器、在線鐵譜傳感器、電動(dòng)三通球閥、特征樣緩沖池、三通、單向閥；粘度傳感器分別和油樣防堵塞塊、金屬顆粒傳感器連接；金屬顆粒傳感器和電動(dòng)三通球閥連接，電動(dòng)三通球閥分別和特征樣緩沖池、三通連接；特征樣緩沖池和在線鐵譜傳感器連接；在線鐵譜傳感器和三通連接；三通和單向閥連接；單向閥連接監(jiān)測(cè)對(duì)象回油管路。

數(shù)據(jù)采集ARM模塊包括：DC電源轉(zhuǎn)換塊、AO輸出、ARM、固態(tài)繼電器、RS232/485接收模塊；數(shù)據(jù)傳輸包括：RS232串口光纖收發(fā)器I 、RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理包括：上位機(jī)PC；DC電源轉(zhuǎn)換塊和ARM連接；ARM分別和AO輸出、RS232/485接收模塊、RS232串口光纖收發(fā)器I連接；AO輸出和固態(tài)繼電器連接；RS232串口光纖收發(fā)器I和RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ連接，RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ和上位機(jī)PC連接。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后可達(dá)到如下的有益效果：

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到其在運(yùn)行過程中的潤(rùn)滑摩擦相關(guān)數(shù)據(jù)；（2）整個(gè)監(jiān)測(cè)過程在對(duì)油液系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)采用閉路循環(huán)，監(jiān)測(cè)過油樣的重新返回系統(tǒng)，對(duì)油品不進(jìn)行任何破壞性檢測(cè)；（3）數(shù)據(jù)以圖片的形式對(duì)異常磨損進(jìn)行采集和分析，為摩擦故障分析提供更為直觀的判斷依據(jù)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理示意框圖；

圖2為本實(shí)用新型一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3為本實(shí)用新型一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸及控制相關(guān)部件工作示意框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案。如圖1~3所示，一種在用齒輪箱磨損狀態(tài)在線可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1、恒溫模塊 2、傳感器模塊3、數(shù)據(jù)采集ARM模塊4、數(shù)據(jù)傳輸5、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理6；監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1連接恒溫模塊2，恒溫模塊2連接傳感器模塊3與數(shù)據(jù)采集ARM模塊4，數(shù)據(jù)采集ARM模塊4分別連接監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1、傳感器模塊3、數(shù)據(jù)傳輸5，數(shù)據(jù)傳輸5連接數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理6。

監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1包括：電動(dòng)閥7、微型齒輪泵8、調(diào)速模塊9、啟停模塊10、油樣防堵塞塊11；恒溫模塊2包含：加熱源12、強(qiáng)制風(fēng)冷器 13；電動(dòng)閥7連接微型齒輪泵8，微型齒輪泵8分別和調(diào)速模塊9、啟停模塊10、油樣防堵塞塊11連接；油樣防堵塞塊11分別和加熱源12、強(qiáng)制風(fēng)冷器 13連接；調(diào)速模塊9、啟停模塊10、加熱源12、強(qiáng)制風(fēng)冷器 13分別和數(shù)據(jù)采集ARM模塊4連接。

傳感器模塊3包括：粘度傳感器14 、金屬顆粒傳感器15、在線鐵譜傳感器16、電動(dòng)三通球閥17、特征樣緩沖池18、三通19、單向閥20；粘度傳感器14分別和油樣防堵塞塊11、金屬顆粒傳感器15連接；金屬顆粒傳感器15和電動(dòng)三通球閥17連接，電動(dòng)三通球閥17分別和特征樣緩沖池18、三通19連接；特征樣緩沖池18和在線鐵譜傳感器16連接；在線鐵譜傳感器16和三通19連接；三通19和單向閥20連接；單向閥20連接監(jiān)測(cè)對(duì)象回油管路。

數(shù)據(jù)采集ARM模塊4包括：DC電源轉(zhuǎn)換塊21、AO輸出22、ARM23、固態(tài)繼電器24、RS232/485接收模塊25；數(shù)據(jù)傳輸5包括：RS232串口光纖收發(fā)器I 26、RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ27；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理6包括：上位機(jī)PC28；DC電源轉(zhuǎn)換塊21和ARM23連接；ARM23分別和AO輸出22、RS232/485接收模塊25、RS232串口光纖收發(fā)器I 26連接；AO輸出22和固態(tài)繼電器24連接；RS232串口光纖收發(fā)器I 26和RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ27連接，RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ27和上位機(jī)PC28連接。

監(jiān)測(cè)步驟如下：

步驟1，將監(jiān)測(cè)對(duì)象運(yùn)行過程中的油樣通過管路引入到本系統(tǒng)，首先通過電動(dòng)閥7進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1，監(jiān)測(cè)動(dòng)力源1中的微型齒輪泵8對(duì)待檢油樣進(jìn)行加壓處理，調(diào)速模塊9、啟停模塊10、完成對(duì)微型齒輪泵8的控制，完成整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中的壓力損失，為整個(gè)監(jiān)測(cè)過程保障相應(yīng)的循環(huán)動(dòng)力。由于要采集油樣的潤(rùn)滑信息（粘度），按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要將油樣的溫度恒定在40℃，此步驟處理由恒溫模塊2執(zhí)行，恒溫模塊2由加熱源12、強(qiáng)制風(fēng)冷器 13具體實(shí)施。另外為防止堵塞相關(guān)傳感器系統(tǒng)，配置油樣防堵塞塊11對(duì)超出監(jiān)測(cè)范圍的其它物質(zhì)進(jìn)行過濾。（具體工作原理見圖2）

步驟2，處理過后的油樣經(jīng)過傳感器模塊3開始采集相關(guān)數(shù)據(jù)，傳感器模塊3分別采集粘度傳感器14 、金屬顆粒傳感器15、在線鐵譜傳感器16所具備的功能參數(shù)。電動(dòng)三通球閥17、特征樣緩沖池18、三通19、單向閥20在采集過程中起輔助作用（具體見步驟5），傳感器的工作進(jìn)度由數(shù)據(jù)采集ARM模塊4進(jìn)行控制，分別采集油品的40攝氏度標(biāo)準(zhǔn)粘度和＞40um磁性和非磁性磨損顆粒濃度及數(shù)目，數(shù)據(jù)采集ARM模塊4根據(jù)相關(guān)的規(guī)則控制在線鐵譜傳感器16工作來獲取相關(guān)的異常磨損圖片信息。

步驟3，數(shù)據(jù)采集ARM模塊4中的RS232/485接收模塊25將采集的信息通過數(shù)據(jù)傳輸5中的RS232串口光纖收發(fā)器I 26、RS232串口光纖收發(fā)器Ⅱ27和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理6中的上位機(jī)PC28進(jìn)行雙向通訊，上位機(jī)PC28將數(shù)據(jù)解析處理并進(jìn)行顯示打印動(dòng)作，最終將采集到的信息按照時(shí)間序列存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，以便于工作人員查找和分析異常磨損的原因及對(duì)設(shè)備的指導(dǎo)維護(hù)。

步驟4，如圖2所示，油樣進(jìn)入系統(tǒng)前經(jīng)過電動(dòng)閥7，用于遠(yuǎn)程控制開啟以及緊急切出微型齒輪泵8負(fù)責(zé)提供監(jiān)測(cè)過程循環(huán)動(dòng)力，具體有啟停模式、告訴沖洗模式、監(jiān)測(cè)循環(huán)模式三種形式組成。其中啟停模塊10由數(shù)據(jù)采集ARM模塊4通過控制固態(tài)繼電器24來執(zhí)行，工作模式切換由受控的調(diào)速模塊9調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來完成和實(shí)現(xiàn)。

油樣防堵塞塊11執(zhí)行加熱動(dòng)作，加熱源采用25W加熱源12鑲嵌于模塊上持續(xù)，根據(jù)粘度傳感器14中的溫度變化通過數(shù)據(jù)采集ARM模塊4設(shè)定的溫度值通過AO輸出22控制加熱棒工作的啟停。如果油樣溫度超過設(shè)定的40℃將開啟強(qiáng)制風(fēng)冷器 13進(jìn)行置換降溫。

步驟5，油樣開始進(jìn)入傳感器模塊3，獲取油樣的粘度、密度、溫度、金屬顆粒分布情況及數(shù)目等信息，并通過數(shù)據(jù)采集ARM模塊4傳送進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，如果顆粒數(shù)目和濃度超出既定值，開啟電動(dòng)三通球閥17將特征油樣引入特征緩沖池。在線鐵譜傳感器16開始工作將異常顆粒進(jìn)行收納和拍照，并將相關(guān)的信息發(fā)送到上位機(jī)PC28。最終檢測(cè)過的油樣通過單向閥并入監(jiān)測(cè)對(duì)象滑油系統(tǒng)。

步驟6，如圖3所示：系統(tǒng)內(nèi)部采用DC24V供電，由DC電源轉(zhuǎn)換塊21將AC220V轉(zhuǎn)為24V，ARM23具備RS232/485數(shù)據(jù)接收通訊功能，向傳感器發(fā)送工作指令及接收數(shù)據(jù)。配置AO輸出功能，根據(jù)相應(yīng)的評(píng)判規(guī)則或者上位機(jī)PC28的指令控制微型齒輪泵8等動(dòng)作部件。