(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108916017 A(43)申请公布日 2018.11.30
(21)申请号 201810555487.8(22)申请日 2018.06.01
(71)申请人 武汉船用机械有限责任公司
地址 430084 湖北省武汉市青山区武东街
九号(72)发明人 孟昭燃
(74)专利代理机构 武汉市首臻知识产权代理有
限公司 42229
代理人 王春娇(51)Int.Cl.
F04B 51/00(2006.01)F04B 49/10(2006.01)F01D 21/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种船用透平货油泵故障诊断系统(57)摘要
一种船用透平货油泵故障诊断系统，包括现场层单元、船端管理层单元、岸基远程监控单元和手持故障查阅终端，现场层单元布置在油船机舱，船端管理层单元布置在油船货油控制室，现场层单元与船端管理层单元通过以太网通信连接，船端管理层单元与岸基远程监控单元无线通信连接，船端管理层单元用于将故障检测信息传送至岸基远程监控单元并接收岸基远程监控单元反馈的故障诊断信息，手持故障查阅终端分别与船端管理层单元和岸基远程监控单元通信连接，现场层单元和船端管理层单元分别与透平货油泵的透平货油泵PLC连接。满足透平货油泵多种监测项目的监测要求，实现透平货油泵的起机、运行、扫舱、停机等四种运行工况下的状态监测报警需求。
CN 108916017 ACN 108916017 A
权 利 要 求 书
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1.一种船用透平货油泵故障诊断系统，其特征在于：包括现场层单元、船端管理层单元、岸基远程监控单元和手持故障查阅终端，所述的现场层单元布置在油船机舱，所述的船端管理层单元布置在油船货油控制室，所述的现场层单元与船端管理层单元通过以太网通信连接，所述船端管理层单元与岸基远程监控单元无线通信连接，船端管理层单元用于将故障检测信息传送至岸基远程监控单元并接收岸基远程监控单元反馈的故障诊断信息，所述的手持故障查阅终端分别与船端管理层单元和岸基远程监控单元通信连接，所述的现场层单元和船端管理层单元分别与透平货油泵的透平货油泵PLC连接。
2.根据权利要求1所述的一种船用透平货油泵故障诊断系统，其特征在于：所述的现场层单元包括透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、油液监测传感器、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组和监测控制箱，所述的透平高速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱（1）表面轴承座处的压电式振动加速度传感器和温度传感器、以及布置在透平齿轮箱（1）内部的振动位移传感器，所述透平低速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱（1）的透平低速轴（3）轴承座处的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，所述的油液监测传感器（6）通过软管Ⅰ（7）与透平齿轮箱（1）顶端回油口连接，油液监测传感器（6）通过软管Ⅱ（8）与透平齿轮箱（1）底部泄放口连接，所述隔舱传动装置传感器组包括均设置在隔舱传动装置（4）轴承座上的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，所述的货油泵传感器组包括六个振动加速度传感器和四个温度传感器，所述压力传感器组中的压力传感器分别布置在透平蒸汽管路进出口、货油泵（5）进口及出口和气液分离罐上部，所述的监测控制箱布置在机舱，监测控制箱与透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组中的全部传感器和油液监测传感器连接，且监测控制箱分别与船端管理层单元和透平货油泵PLC连接。
3.根据权利要求2所述的一种船用透平货油泵故障诊断系统，其特征在于：所述货油泵传感器组中的两个振动加速度传感器设置在货油泵（5）上轴承座上，两个振动加速度传感器设置在在货油泵（5）下轴承座上，一个振动加速度传感器设置在在货油泵（5）出口处，一个振动加速度传感器设置在货油泵（5）支座上，所述货油泵传感器组中的一个温度传感器设置在货油泵（5）上轴承座上，一个温度传感器设置在货油泵（5）下轴承座上，一个温度传感器设置在货油泵（5）上轴承密封处，一个温度传感器设置在货油泵（5）下轴承密封处。
4.根据权利要求1所述的一种船用透平货油泵故障诊断系统，其特征在于：所述的船端管理层单元包括主控单元、分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备以及无线发送及接收设备，所述的主控单元分别与分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备和无线发送及接收设备连接，所述的分析控制模块分别与现场层单元和透平货油泵PLC连接。
5.根据权利要求1所述的一种船用透平货油泵故障诊断系统，其特征在于：所述的船端管理层单元与岸基远程监控单元通过GSM模块无线通信连接。
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说 明 书
一种船用透平货油泵故障诊断系统
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技术领域
[0001]本发明涉及一种故障诊断系统，更具体地说涉及一种船用透平货油泵故障诊断系统，属于船舶机械技术领域。背景技术
[0002]透平货油泵是油船上的专用设备，用于油船货油卸载，其设备分布在有较高防爆要求的油船机舱及泵舱；为保证透平货油泵运行的可靠性和安全性，采用适合透平货油泵工况的故障检测技术具有重大意义。[0003]目前，透平货油泵设备的维护、检修主要依靠用户自主进行，这就对用户方技术人员的经验和技术能力提出了很高的要求，容易出现维护不足的情况；用户方操作人员往往难以查出准确故障原因，在缺乏专业技术人员指导的情况下很难对设备进行维修。同时，当前通常采用的便携式监测设备以及常规的在线监测系统不能满足透平货油泵监测需求。在油船卸货期间，船员一般在船舶货控室监测卸货，船上货控室与机舱、泵舱分布在不同甲板，距离较远；而透平货油泵同时分布在机舱和泵舱，便携检测设备无法同时监测机舱和泵舱，也难以适应油船机舱、泵舱的防爆要求，且泵舱油气较重，人员进舱有风险。在线监测系统则存在以下三个问题：一、通用的在线监测系统通常只能监测单一项目，例如振动监测或油液监测，难以满足透平货油泵多种监测项目的监测要求；二、传感器模拟量信号从被监测设备传输到信号处理设备时，由于线缆舾装沿舱壁布线引起的线缆过长，以及现场环境大量设备技中布置带来的电磁干扰，会严重影响信号质量，造成信号失真；三、对于油船设备的远程监测，在线监测产生巨大的数据量，而船上网络通信常利用海事卫星完成，通信费用高昂，这也阻碍了监测技术在透平货油泵设备上的应用。发明内容
[0004]本发明针对现有的便携式监测设备以及常规的在线监测系统不能满足透平货油泵监测需求等问题，提供一种船用透平货油泵故障诊断系统。[0005]为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种船用透平货油泵故障诊断系统，包括现场层单元、船端管理层单元、岸基远程监控单元和手持故障查阅终端，所述的现场层单元布置在油船机舱，所述的船端管理层单元布置在油船货油控制室，所述的现场层单元与船端管理层单元通过以太网通信连接，所述船端管理层单元与岸基远程监控单元无线通信连接，船端管理层单元用于将故障检测信息传送至岸基远程监控单元并接收岸基远程监控单元反馈的故障诊断信息，所述的手持故障查阅终端分别与船端管理层单元和岸基远程监控单元通信连接，所述的现场层单元和船端管理层单元分别与透平货油泵的透平货油泵PLC连接。
[0006]所述的现场层单元包括透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、油液监测传感器、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组和监测控制箱，所述的透平高速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱表面轴承座处的压电式振动加速度传感器和温度
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传感器、以及布置在透平齿轮箱内部的振动位移传感器，所述透平低速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱的透平低速轴轴承座处的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，所述的油液监测传感器通过软管Ⅰ与透平齿轮箱顶端回油口连接，油液监测传感器通过软管Ⅱ与透平齿轮箱底部泄放口连接，所述隔舱传动装置传感器组包括均设置在隔舱传动装置轴承座上的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，所述货油泵传感器组包括六个振动加速度传感器和四个温度传感器，所述压力传感器组中的压力传感器分别布置在透平蒸汽管路进出口、货油泵进口及出口和气液分离罐上部，所述的监测控制箱布置在机舱，监测控制箱与透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组中的全部传感器和油液监测传感器连接，且监测控制箱分别与船端管理层单元和透平货油泵PLC连接。
[0007]所述货油泵传感器组中的两个振动加速度传感器设置在货油泵上轴承座上，两个振动加速度传感器设置在在货油泵下轴承座上，一个振动加速度传感器设置在在货油泵出口处，一个振动加速度传感器设置在货油泵支座上，所述货油泵传感器组中的一个温度传感器设置在货油泵上轴承座上，一个温度传感器设置在货油泵下轴承座上，一个温度传感器设置在货油泵上轴承密封处，一个温度传感器设置在货油泵下轴承密封处。[0008]所述的船端管理层单元包括主控单元、分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备以及无线发送及接收设备，所述的主控单元分别与分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备和无线发送及接收设备连接，所述的分析控制模块分别与现场层单元和透平货油泵PLC连接。
[0009]所述的船端管理层单元与岸基远程监控单元通过GSM模块无线通信连接。[0010]与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明中现场层单元包括透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、油液监测传感器、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组和压力传感器组，具备振动、温度、压力、液位、转速、颗粒浓度6类监测项目，采集包括透平、泵以及传动设备的轴承振动，轴向位移，支座振动、泵转速、泵流量、透平进、排气压力、透平进排气温度、轴承及轴封温度、滑油温度、滑油颗粒等多项参数，满足透平货油泵多种监测项目的监测要求，可以实现透平货油泵的起机、运行、扫舱、停机等四种运行工况下的状态监测报警需求。[0011]2、本发明船端管理层单元对现场层单元采集的多项参数互为证据的综合分析，提高故障识别准确率，并有效降低了误报警的概率，区别于以往只能通过振动信号分析故障原因，更有益于远程的故障定位。[0012]3、本发明中船端管理层单元与岸基远程监控单元进行信息交互，且船端管理层单元与手持故障查阅终端可以直接进行信息交互，因此实现了与船端管理层单元进行信息交互的两种方式，进而为与现场层单元进行信息交互提供了多重保障。附图说明
[0013]图1是本发明结构框图。
[0014]图2是本发明中现场层单元布置示意图。[0015]图3是本发明中船端管理层单元结构框图。[0016]图中，透平齿轮箱1，透平高速轴2，透平低速轴3，隔舱传动装置4，货油泵5，油液监
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测传感器6。
具体实施方式
[0017]以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。[0018]参见图1，一种船用透平货油泵故障诊断系统，其可适应透平货油泵使用环境，准确反映设备运行状态信息，并方便查阅故障诊断信息，包括现场层单元、船端管理层单元、岸基远程监控单元和手持故障查阅终端。所述的现场层单元布置在油船机舱，所述的船端管理层单元布置在油船货油控制室；所述的现场层单元与船端管理层单元通过建立包含多种协议的以太网通信连接，解决了模拟量信号不能远距离传输的问题。所述船端管理层单元与岸基远程监控单元利用GSM模块而不是宽带网络或海事卫星建立廉价、可靠的无线通信连接，避免了采用海事卫星带来的高昂运营费用；船端管理层单元用于将故障检测信息传送至岸基远程监控单元并接收岸基远程监控单元反馈的故障诊断信息。所述的现场层单元和船端管理层单元分别与透平货油泵的透平货油泵PLC连接。[0019]参见图1，所述的手持故障查阅终端分别与船端管理层单元和岸基远程监控单元通信连接，具体的，手持故障查阅终端与岸基远程监控单元无线通信连接，手持故障查阅终端与船端管理层单元建立无线通信连接或通过数据线与船端管理层单元建立有线连接；手持故障查阅终端获取船端管理层单元存储的故障检测数据，以及接收、读取岸基远程监控单元反馈的故障诊断数据。[0020]参见图1，所述的岸基远程监控单元包括数据库、工具库和专家诊断系统，工具库和专家诊断系统分别与数据库连接，所述的工具库和专家诊断系统连接。[0021]参见图1，所述手持故障查阅终端为具有信息存储以及无线上网功能的手机或笔记本电脑。
[0022]参见图2，所述的现场层单元包括透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、油液监测传感器组、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组和监测控制箱。[0023]参见图2，所述透平高速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱1表面轴承座处的压电式振动加速度传感器和温度传感器、以及布置在透平齿轮箱1内部的振动位移传感器；透平高速轴2转速约7500rpm，透平高速轴传感器组采样率设置为2500hz，节约了储存空间。压电式振动加速度传感器用于监测水平x、y方向振动，振动位移传感器布置在在透平齿轮箱1内部专用支架上，振动位移传感器监测透平高速轴2滑动轴承竖直方向振动轴向窜动。[0024]参见图2，所述透平低速轴传感器组包括布置在透平齿轮箱1的透平低速轴3轴承座处的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，振动加速度传感器监测透平低速轴3两个滚动轴承水平x、y方向振动，温度传感器配合振动传感器从多个方面反映轴承状态。[0025]参见图2，所述的油液监测传感器6通过软管Ⅰ7与透平齿轮箱1顶端回油口连接，油液监测传感器6通过软管Ⅱ8与透平齿轮箱1底部泄放口连接。油液监测传感器6通过软管Ⅱ8从透平齿轮箱1底部取样，其通过监测各铁磁性直径颗粒的含量变化监测透平齿轮轴及轴承磨损情况，从而判定故障类型以及给出维护维修提示，提高诊断系统监测准确率。[0026]参见图2，所述隔舱传动装置传感器组包括均设置在隔舱传动装置4轴承座上的四个振动加速度传感器和两个温度传感器，隔舱传动装置传感器组用于监测隔舱传动装置4上线两个滚动轴承的振动和温度。四个振动加速度传感器中两个为防爆型，其监测位于油
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轮泵舱的下部轴承；两个为非防爆型，其监测位于油轮机舱的上部轴承。[0027]参见图2，所述货油泵传感器组包括六个振动加速度传感器和四个温度传感器。所述货油泵传感器组中的两个振动加速度传感器设置在货油泵5上轴承座上，该两个振动加速度传感器监测货油泵5上轴承x、y方向振动；两个振动加速度传感器设置在在货油泵5下轴承座上，该两个振动加速度传感器监测货油泵5下轴承x、y方向振动；一个振动加速度传感器设置在在货油泵5出口处，该振动加速度传感器监测货5油泵出口处振动，防止管路振动引发误报警；一个振动加速度传感器设置在货油泵5支座上，该振动加速度传感器监测货油泵5支座振动，帮助判断振动来源是船体或设备本身，同时避免因支座松动引发事故。针对故障轴承会出现不正常温升的情况，所述货油泵传感器组中的一个温度传感器设置在货油泵5上轴承座上，一个温度传感器设置在货油泵5下轴承座上，该两个温度传感器分别监测上轴承和下轴承温度；针对货油泵5轴承密封容易损坏，并且损坏后会出现异常温升的情况，因此一个温度传感器设置在货油泵5上轴承密封处、一个温度传感器设置在货油泵5下轴承密封处。因此，本货油泵传感器组从多个敏感监测点监测货油泵5状态，防止误诊断，提高故障检出率。[0028]参见图2，所述压力传感器组中的压力传感器分别布置在透平蒸汽管路进出口、货油泵5进口及出口和气液分离罐上部。压力传感器组用于帮助判定设备运行中状态变化是否由于蒸汽或油液变化导致或设备故障导致的。[0029]参见图1，所述的监测控制箱布置在机舱，监测控制箱内有控制电路、防爆装置、采集卡和交换机。监测控制箱与透平高速轴传感器组、透平低速轴传感器组、隔舱传动装置传感器组、货油泵传感器组、压力传感器组中的全部传感器和油液监测传感器连接，且监测控制箱分别与船端管理层单元和透平货油泵PLC连接。[0030]参见图3，所述的船端管理层单元包括主控单元、分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备和无线发送及接收设备，所述的主控单元分别与分析控制模块、声光报警单元、存储设备、显示设备、以太网通信设备和无线发送及接收设备连接；所述的分析控制模块连接透平货油泵PLC和现场层单元。船端管理层单元完成对信号的智能分析和处理，通过数据约减、有效值计算、数据压缩方法减小数据量，使其能够利用GSM模块通信至岸基远程监控单元。[0031]参见图1至3，，现场层单元可检出的故障包括透平进气压力异常、透平磨损加剧，货油泵流量不稳，货油泵轴承温升过大、转子故障、货油泵吸口液位低等；分析控制模块根据现场层单元传送的实时振动、压力、温度数据进行分析，在判断有故障时发出降速、停机、急停、调速、开关阀门等对应指令，并将转子异常、温度异常、液位异常、压力异常等结果和对应指令发送至显示设备、声光报警单元；同时，直接向透平货油泵PLC发出调速指令和开闭透平设备速关调节阀的指令，控制系统动作，配合气动阀门，完成对透平设备的控制，使透平设备在必要时及时降速或停机，从而实现透平货油泵的无人化自动操作，提高了安全性，保护设备安全。且船端管理层单元将检测信息传送至岸基远程监控单元，岸基远程监控单元接收到船端管理层单元传回的各监测数据后，利用故障树、证据理论等算法对信号进行深度分析并反馈给船端管理层单元故障诊断信息。同时，岸基远程监控单元结合专家经验，给出诊断意见和透平货油泵维保方案，有利于提高售后服务效率；且岸基远程监控单元对历史数据进行统计，计算其变化规律，预测设备维修需求。
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以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定
本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。
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说 明 书 附 图
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