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专利名称：一种机械密封在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于过程监测与故障诊断领域，更具体地，涉及一种机械密封在线监控系统。
背景技术：
机械密封是一种广泛应用于旋转机械的油封装置，比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备，它靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力 (或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的效果。参见图1，机械密封的主要组成部分是动环8和静环9，其中动环8靠后面的弹簧座1通过紧固螺钉2固定在轴或者轴套7上，并随轴或轴套7做同步运动，静环9靠防转销6固定在压盖上，与轴或轴套7间没有接触。在电机轴做旋转运动时，机械密封是靠动环8、静环9之间的端面以及动环密封圈4、静环密封圈5来共同达到阻漏的目的，一旦任何一处出现故障，都会造成原料的作废。 目前，工业应用中并没有针对以上装置的在线监测措施，通常只是靠定期检查和更换原件的传统方法来进行维护保养，不过由于机械密封安装需要停机，非�：氖焙牧Γ⑶野沧安鹦缎枰欢ǖ淖ㄒ敌裕捣奔觳榛蛘吒慌浼环矫嬖斐稍浼荒艹浞掷茫硪环矫婊够嵊跋煺Ｉ硪恢智榭鱿拢绻龅脚既恍砸蛩兀缑芊舛嗣娼朐又实贾旅芊庑孤叮觳椴患笆苯斐烧侠朔眩笠荡唇洗蟮乃鹗�。参见图2，机械密封设备在其生命周期中通常经历有稳定运行到失去平衡再到泄露的阶段，综合上述机械密封现有技术的不足，如果能建立一套合理有效的机械密封在线监测系统，使其在机械密封从平衡态到发生振动异常，噪声加剧的非平衡态而又未有严重泄露损失的故障早期给出预警信号，使用户可以及时了解当前设备的运行情况并采取相应措施，则一方面用户不必频繁地开机检查，另一方面用户在故障前期即得到警示，可避免事故的进一步扩大。不过就目前而言，尚无企业或科研单位对该项技术进行专门研究，可以说相关产品尚属空白。

发明内容
本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种机械密封在线监测系统，该系统通过对机械密封系统的工作状态进行监控，可以在机械密封装置的故障前期给出预警信号，避免发生生产事故。为了达到上述目的，采用如下技术方案一种机械密封在线监测系统，基于机械密封装置，包括数据处理单元、与数据处理单元相连的检测单元和用户终端，所述检测单元包括I/O模块和与I/O�？橄嗔牡缁俅衅�、电流传感器、径向振动传感器和噪声传感器，其中数据处理单元用于处理来自检测单元和用户终端的数据；检测单元用于检测机械密封装置的工作状态并将传感器信号反馈给数据处理单元；
用户终端用于与数据处理单元进行数据交换并显示监测结果。进一步地，所述电机转速传感器设置于电机轴上。
更进一步地，所述电流传感器设置于电机控制器上。再进一步地，所述径向振动传感器的数量为2，分别设置于电机外壳的外围，2个径向振动传感器位于电机轴的同一横截面上，所述横截面和电机轴心线交点与2个径向振动传感器的连线相互垂直。还进一步地，所述径向振动传感器与电机外壳的最小距离介于Imm-IOmm之间。作为一种具体实施例，所述噪声传感器位于电机外壳上。进一步地，所述检测单元采集的信息至少包括电机转速信号、流经电机的电流信号、电机轴的径向振动信号和噪声信号。再进一步地，所述用户终端至少包含用户输入�？楹拖允灸？�。与现有技术相比，本发明的有益效果在于在机械密封系统上设置检测振动、噪声、电流、转速等信号的传感器，通过数据处理单元对采集到的数据进行多变量统计过程监测，实现了对机械密封运行状态的间接监测，可以在机械密封的故障早期给出预警信号，从而避免了生产事故的发生，减少了企业原材料、设备及其他方面的损失，为机械密封状态检测以及故障预测提供了可能性；同时，由于该监测系统不用停机对设备进行检查，相对现有技术节约了大量时间和人力资源，提高了企业生产效率。


图1为现有技术的机械密封装置结构示意图。图2为现有技术的机械密封装置运行状态变化图。图3为本发明所述机械密封在线监测系统的功能�？槭疽馔肌Ｍ�4为本发明所述机械密封在线监测系统的机械密封装置与电机的连接示意图。图5为本发明所述机械密封在线监测系统的径向振动传感器安装示意图。图6为本发明所述机械密封在线监测方法的MPCA建模流程图。图7为本发明所述机械密封在线监测方法的MPCA建模的三维数据展开示意图。图中1-弹簧座；2-紧固螺钉；3-弹簧；4-动环密封圈；5-静环密封圈；6_防转销；7-轴(轴套)；8-动环；9-静环；10-噪声传感器安装位；11-电机；12-电机外壳； 13-轴向振动传感器；14-安装支架。
具体实施例方式下面结合

和具体实施例，对本发明做出进一步说明参见图3到图5，一种机械密封在线监测系统，基于机械密封装置，包括数据处理单元、与数据处理单元相连的检测单元和用户终端，所述检测单元包括I/O�？楹陀隝/O�？橄嗔牡缁俅衅�、电流传感器、径向振动传感器13和噪声传感器，其中数据处理单元用于处理来自检测单元和用户终端的数据；检测单元用于检测机械密封装置的工作状态并将传感器信号反馈给数据处理单元；
用户终端用于与数据处理单元进行数据交换并显示监测结果。其中电机转速传感器设置于电机轴7上，其用于检测电机11的转速；电流传感器设置于电机控制器上，其用于检测流入电机11的电流大小。在电机11工作时，机械密封动环8的径向振动来源于电机轴7，而电机轴7的径向振动又可以传动到电机11的外壳12上，所以虽然机械密封腔的内部因坏境恶劣、空间狭小并充满润滑油而无法安装传感器直接测量，但可以通过在机械密封腔的外部安装传感器来间接测量。由于径向振动可以朝向各个方向，为确保本发明所述监测系统检测单元数据采集的有效性，径向振动传感器13的数量为2，分别设置于电机外壳12的外围，2个径向振动传感器13位于电机轴7的一个横截面上，所述横截面和电机轴心线交点与2个径向振动传感器13的连线相互垂直，径向振动传感器13与电机外壳14的最小距离介于Imm-IOmm之间。上述噪声传感器用于收集物体摩擦冲突产生的高频噪声，由于高频噪声在空气中衰减比较快，故本发明所述噪声传感器设置于与机械密封有接触的电机外壳12上，电机11 工作时，机械密封的噪声通过电机外壳12直接传递至噪声传感器，其衰减量很�。沟迷肷衅鹘邮盏降男藕鸥咏缁�11内部的真实噪声水平。上述传感器中，电机转速传感器、电流传感器输出值为数字量，可直接存储；径向振动传感器13和噪声传感器直接输出值为模拟电压，故在该二者后还需外加模数(A/D)转换器，模数转换器将上述模拟电压转化为数字量存储。上述用户终端至少包含用户输入�？楹拖允灸？椋没淙肽？橛糜谙蚴荽淼ピ淙胧荩允灸？橛糜谙允驹谙呒嗖庀低臣嗖饨峁⒔邮帐荽淼ピ闹噶罡霰ň崾�。在实践中，用户输入�？榭梢允羌�、手执终端等输入设备，用户显示�？榭梢允窍允酒鳎比唬部梢越鲜隽礁瞿？榧捎谕淮ッ�。基于上述功能�？楹徒峁梗痉⒚魉龌得芊庠谙呒嗖庀低车墓ぷ髟砣缦�1)数据采集；在对某一包含有机械密封装置设备的生产过程进行监测前，机械密封在线监测系统首先需要采集设备正常运行时的工作参数，系统采集的数据至少包括电机转速信号、流经电机的电流信号、电机轴的径向振动信号和噪声信号。由于电机开机的运行时间每次为3到5分钟不等，故采集的数据存在不等长的特点，不过对于大多数工业过程来说，虽然历史的正常间歇操作批次具有不同的数据长度，但是过程变量的运行轨迹在重要的时间段内基本一致，基于以上前提，本发明可以采用“最短长度法”来解决数据不等长问题，即找到历史数据各个批次采样最少的一次，将其余批次历史数据与之比较，计算多余的采样点数，然后将多余的采样点数平均到整个批次删除，使得每个批次都与最短批次的历史数据同步。也可以在上述数据处理单元设置内存储单元，该存储单元可以记录机械密封装置正常工作状态下的数据信息，当用户下次开机时，可以通过用户终端选择载入正常状态的历史数据为下一步建模做准备。^MPAC 建模；机械密封运行具有典型的间歇过程特点，所谓间歇过程是指在有限的时间内、按照预先设计好的工序流程将原材料加工生产成符合质量要求的产品。
作为一个具体实施例，用户根据显示模块的提示把上一步骤所采集的数据采用多向主元分析法(multi-way principal component analysis, MPCA)进 亍建模，i亥模型的建立和过程监测基于以下原理统计建模时需要的过程数据来自于历史数据库中正常操作工况下的变量测量值，因此，统计模型反映的是正常操作工况下过程变量的统计特征，譬如变量自身的均值、方差以及变量之间的相关性、协方差信息等，经过适当的统计建模、高维、高度耦合的过程数据可以转化为低维的、满足一定统计分布的几个多元统计指标，比如主成分空间的HotellingT2统计量以及主成分残差空间的预测误差平方和SPE。参见图6和图7，本发明所述的机械密封监测装置采用的建模过程具体包括以下步骤a、Batch展开历史数据设定一个批次内有J个测量变量和K个采样点，则经过I次重复操作会得到一个三维矩阵)(data(IX JXK)，上述三维数据取每一个时间片矩阵Xtime(I*J)按照批次依次排开展开即达到一个二维矩阵)(bat。h(I X KJ)。在本实施例中，J的数量为5，包括电机电流，电机转速，噪声，径向振动1，径向振动2。50ms采样一次，采样点K数量通常为60或80，为保证获得机械密封环正常工作的状况，需要比较多的建模数据，历史操作批次I的选择可以在100-300之间。b、Batch-wise 标准化处理将上述矩阵)(bat。h(IXKJ)进行均值为0，方差为1的标准化处理得到 c、PCA 分解将上一步骤中经标准化处理后的历史数据Ztorfi(/χI/)进行PCA分解得到得分矩阵T和负载矩阵P，以及残差矩阵E。t是得分向量，P是负载向量。S是得分矩阵T的协方差矩阵，它代表各主元对于过程变化的贡献。残差E包含的是机封运行过程变量的无关 fn息ο
权利要求
1.一种机械密封在线监测系统，基于机械密封装置，其特征在于，包括数据处理单元、 与数据处理单元相连的检测单元和用户终端，所述检测单元包括I/O�？楹陀隝/O�？橄嗔牡缁俅衅�、电流传感器、径向振动传感器和噪声传感器，其中数据处理单元用于处理来自检测单元和用户终端的数据；检测单元用于检测机械密封装置的工作状态并将传感器信号反馈给数据处理单元；用户终端用于与数据处理单元进行数据交换并显示监测结果。
2.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述电机转速传感器设置于电机轴上。
3.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述电流传感器设置于电机控制器上。
4.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述径向振动传感器的数量为2，分别设置于电机外壳的外围，2个径向振动传感器位于电机轴的同一横截面上， 所述横截面和电机轴心线交点与2个径向振动传感器的连线相互垂直。
5.如权利要求4所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述径向振动传感器与电机外壳的最小距离介于Imm-IOmm之间。
6.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述噪声传感器位于电机外壳上。
7.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述检测单元采集的信息至少包括电机转速信号、流经电机的电流信号、电机轴的径向振动信号和噪声信号。
8.如权利要求1所述的机械密封在线监测系统，其特征在于，所述用户终端至少包含用户输入模块和显示模块。
全文摘要
本发明涉及一种机械密封在线监控系统，包括数据处理单元、与数据处理单元相连的检测单元和用户终端，所述检测单元包括I/O�？楹陀隝/O模块相连的电机转速传感器、电流传感器、径向振动传感器和噪声传感器，所述系统通过数据处理单元对采集到的数据进行多变量统计过程监测，实现了对机械密封运行状态的间接监测，可以在机械密封的故障早期给出预警信号，从而避免了生产事故的发生，减少了企业原材料、设备及其他方面的损失，为机械密封状态检测以及故障预测提供了可能性；同时，由于该监测系统不用停机对设备进行检查，相对现有技术节约了大量时间和人力资源，提高了企业生产效率。
文档编号G01D21/02GK102313578SQ20111022226
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者姚科, 董伟威, 高福荣 申请人:广州市香港科大霍英东研究院