一种隧道吊装风机的安全监测装置及方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道吊装风机的安全监测装置及方法。

背景技术：

射流风机主要用于公路、铁路及地铁等隧道的纵向通风系统中，提供全部的推力；也可用于半横向通风系统或横向通风系统中的敏感部位，如隧道的进、出口，起诱导气流或排烟等作用。由于射流风机的通风功能和效果要求，绝大部分射流风机安装位置在隧道顶部，位于隧道中公路、轨道正上方。射流风机经常启停、旋转振动，且数量大、分布广，风机一旦出现松动，检修人员难以发现，且依靠人工巡检的方式效率低、准确性差，难以及时预警，也会造成巨大的人工负担，具有较大的风险。如果风机松动没有及时预警并进行加固，它将时刻威胁着下方的交通工具和乘客人生安全，掉落冲撞汽车、列车将造成重大事故。

技术实现要素：

本发明的目的就是解决以往监测技术存在的不足，提出一种隧道吊装风机的安全监测方法及装置，以隧道顶部预埋铁为基础，通过可变支架的调节适应不同风机的安装结构，依靠非接触式的感应探测，具备大范围、高精度、安全可靠、动态测量、静态测量等多种优点，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种隧道吊装风机的安全监测装置，所述装置包括用于测量隧道吊装风机位移变化的涡流传感器和用于固定涡流传感器的安装支架，所述安装支架安装于所述隧道吊装风机上方的隧道顶部预埋铁上，所述涡流传感器安装于所述安装支架底部；

其中，所述涡流传感器包括第一涡流传感器和第二涡流传感器，所述安装支架包括第一安装支架和第二安装支架，所述第一安装支架连接于隧道吊装风机一侧上方的隧道顶部预埋铁上，所述第二安装支架连接于隧道吊装风机另一侧上方的隧道顶部预埋铁上，所述第一涡流传感器安装于第一安装支架底端，所述第二涡流传感器安装于第二安装支架底端，通过第一涡流传感器和第二涡流传感器分别监测隧道吊装风机对应侧上部金属被测面位移变化。

进一步地，所述安装支架长度可变的安装支架，用以调节涡流传感器探测面与隧道吊装风机上部金属被测面之间的距离。

进一步地，所述涡流传感器探测面与风机上部金属被测面的距离为涡流传感器探测量程的1/2。

进一步地，所述装置还包括后台数据分析单元，所述后台数据分析单元与隧道吊装风机两侧上方的涡流传感器电连接，用以通过第一涡流传感器和第二涡流传感器分别采集的对应侧的位移信号分析对应侧的单侧风机位移变化，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态以及整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

进一步地，所述后台数据分析单元包括信号采集模块、信号分解模块和信号分析处理模块，信号采集模块、信号分解模块和信号分析处理模依次串联，所述所述信号采集模块的输入端分别与所述第一涡流传感器和第二涡流传感器电连接；

所述信号采集模块用于接收涡流传感器采集的原始信号，对原始信号进行预处理，所述预处理包括通过信号采集模块内部电路对原始信号进行调理和滤波处理。

所述信号分解模块用于接收所述信号采集模块预处理后的信号，并进行特征信号隔离分解，从预处理后的信号中分解出交流分量和直流分量，并将分解出的交流分量和直流分量进行调理后传输给信号分析处理模块；

所述信号分析处理模块用于对直流量进行数字化处理，判别单侧风机位移状态，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

进一步地，所述信号分析处理模块还用于对交流分量进行高频采样及数字化处理频谱分析，所述信号分析处理模块预置故障特征库，通过特征频谱比对判断风机动态故障。

进一步地，所述后台数据分析单元还包括信息传输模块，所述信息传输模块与信号分析处理模块电连接，接收所述信号分析处理模块的分析结果，负责对外接口，可连接主流监控系统，通过通讯协议，将分析结果传输至远程系统，供用户系统进行远程实时的安全在线监测、数据管理和故障预警。

作为本发明的第二方面，提供一种隧道吊装风机的安全监测方法，所述方法包括：

步骤1，通过隧道吊装风机两侧上方的第一涡流传感器和第二涡流传感器分别采集隧道吊装风机对应侧上部金属被测面的位移信号；

步骤2，对应侧的位移信号分析对应侧的单侧风机位移变化，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态以及整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

进一步地，步骤2具体包括：

对涡流传感器采集的原始信号进行预处理，所述预处理包括通过信号采集模块内部电路对原始信号进行调理和滤波处理；

对预处理后的信号进行特征信号隔离分解，从预处理后的信号中分解出交流分量和直流分量；

对直流量进行数字化处理，判别单侧风机位移状态，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

进一步地，所述方法还包括：对交流分量进行高频采样及数字化处理频谱分析，所述信号分析处理模块预置故障特征库，通过特征频谱比对判断风机动态故障，所述动态故障包括轴承故障、叶片故障、风机本体结构松动。

本发明具有以下有益效果：

采用非接触式的感应式传感器通过可调节的可变支架直接固定在隧道顶部，避免了安装在风机本体上经受长期的振动和干扰，避免传感器本身的二次故障和风险，并采用单个探测点检测多种特征信号，通过解析实现了风机沉降、掉落、倾斜、机械故障等多种故障的实时监测，可用于风机启动运行、静止关闭等多种工况下的监测，安装便捷灵活、测点数量少、安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例提供的隧道吊装风机安全监测示意图；

图2为本发明实施例提供的隧道吊装风机安全监测系统图；

图3为本发明实施例提供的安装支架结构图；

图4为本发明实施例提供的涡流传感器外形图；

图5为本发明实施例提供的静态信号分析流程；

图6为本发明实施例提供的动态检测分析流程。

附图标记说明：1、第一安装支架，2、第二安装支架，3、第一涡流传感器，4、第二涡流传感器，5、隧道吊装风机，6、预埋铁，7、隧道顶部，8、信号采集模块，9、信号分解模块，10、信号分析处理模块，11、信息传输模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，作为本发明的第一方面，提供一种隧道吊装风机的安全监测装置，所述装置包括用于测量隧道吊装风机5位移变化的涡流传感器和用于固定涡流传感器的安装支架，所述安装支架安装于所述隧道吊装风机5上方的隧道顶部7上的预埋铁6上，所述涡流传感器安装于所述安装支架底部；

其中，所述涡流传感器包括第一涡流传感器3和第二涡流传感器4，所述安装支架包括第一安装支架1和第二安装支架2，所述第一安装支架1连接于隧道吊装风机5一侧上方的隧道顶部7预埋铁6上，所述第二安装支架2连接于隧道吊装风机5另一侧上方的隧道顶部7预埋铁6上，所述第一涡流传感器3安装于第一安装支架1底端，所述第二涡流传感器4安装于第二安装支架2底端，通过第一涡流传感器3和第二涡流传感器4分别监测隧道吊装风机5对应侧上部金属被测面位移变化，通过两个涡流传感器监测的位移变化，并可以分析出整体风机倾斜状态、整体风机沉降状态、趋势分析、超限危险等。

其中，所述第一涡流传感器3和第二涡流传感器4还均用于与后台数据分析单元，将监测数据发送给后台数据分析单元，供后台数据分析单元进一步分析隧道吊装风机5地安全状况。

现有风机状态监测技术主要依靠振动检测，通过安装在风机本体的振动传感器及后端采集处理软件，通过直接检测风机振动的情况分析风机的健康状态，现有技术需要风机运行后通过振动传感器检测振动状态，故在风机静止或晃动频率较低的情况下，振动传感器无法检测，需要配合其他传感器进行补充，检测成本较高；同时由于振动传感器安装在风机本体，传感器受风机振动和干扰影响较大，本身的松动和故障风险也比较大。

本发明的一种隧道吊装风机的安全监测方法及装置，是针对传统检测方法的创新，传感器安装依托隧道结构和预埋铁6，不与风机直接接触，传感器本身不震动；同时传感器通过涡流感应，探测风机被测金属面位置的变化，可探测风机金属面的静态位置变化，也可探测风机振动引起的波动从而检测和分析风机振动的异常。

优选地，所述安装支架为长度可变的安装支架，用以调节涡流传感器探测面与隧道吊装风机5上部金属被测面之间的距离。

优选地，所述涡流传感器探测面与风机上部金属被测面的距离为涡流传感器探测量程的1/2。

优选地，如图3所示，所述安装支架由两个部分组成，一部分为倒l型，其上部与隧道顶部7的预埋铁6焊接，另一部分为i型，其底部与涡流传感器连接，安装支架的两部分的竖直部分均沿竖直方向间隔开设有多个螺纹孔，安装支架的两部分的竖直部分相互重叠，重叠部分螺纹孔相对并通过螺栓固定或点焊加固，两部分通过所述螺纹孔进行位置调节，确定位置后用螺栓固定或点焊加固，涡流传感器通过螺栓与安装支架连接固定。

如附图4所示，所述涡流传感器利用涡流感应原理，可通过涡流传感器发出涡流感应金属面距离，金属面的距离改变，涡流反馈发生变化，涡流传感器经内部信号处理，可输出与探测距离成线性关系的信号，所述涡流传感器下部为探测面，可探测的距离≥25mm，涡流传感器上部为信号接口和安装位置，涡流传感器不与风机支架接触，通过涡流感应进行探测。

如图2所示，所述装置还包括后台数据分析单元，所述后台数据分析单元与隧道吊装风机5两侧上方的涡流传感器电连接，用以通过第一涡流传感器3和第二涡流传感器4分别采集的对应侧的位移信号分析对应侧的单侧风机位移变化，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态以及整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

优选地，所述后台数据分析单元包括信号采集模块8、信号分解模块9和信号分析处理模块10，信号采集模块8、信号分解模块9和信号分析处理模依次串联，所述所述信号采集模块8的输入端分别与所述第一涡流传感器3和第二涡流传感器4电连接。

优选地，所述后台数据分析单元包括信号采集模块8、信号分解模块9和信号分析处理模块10，信号采集模块8、信号分解模块9和信号分析处理模依次串联，所述所述信号采集模块8的输入端分别与所述第一涡流传感器3和第二涡流传感器4电连接；

所述信号采集模块8用于接收涡流传感器采集的原始信号，对原始信号进行预处理，所述预处理包括通过信号采集模块8内部电路对原始信号进行调理和滤波处理，从而将现场信号放大、过滤成优质信号源。

所述信号分解模块9用于接收所述信号采集模块8预处理后的信号，并进行特征信号隔离分解，从预处理后的信号中分解出交流分量和直流分量，并将分解出的交流分量和直流分量进行调理后传输给信号分析处理模块10；

所述信号分析处理模块10用于对直流量进行数字化处理，判别单侧风机位移状态，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断，如图5所示，风机运行工况单侧掉落，通过信号采集分解判别风机倾斜、沉降位置和预警的信号流程，例如，倾斜度＝arctan((y2-y1)/l)，y1风机左侧位移变化，y2为风机左侧位移变化，其中l为两个涡流传感器之间的距离。

优选地，所述信号分析处理模块10还用于对交流分量进行高频采样及数字化处理频谱分析，所述信号分析处理模块10预置故障特征库，通过特征频谱比对判断风机动态故障，所述动态故障包括轴承故障、叶片故障、风机本体结构松动，如图(6)所示，风机运行工况单侧下沉未超限，通过信号采集、分解对振动信号进行频谱分析、故障判别。

优选地，所述后台数据分析单元还包括信息传输模块11，所述信息传输模块11与信号分析处理模块10电连接，接收所述信号分析处理模块10的分析结果，负责对外接口，可连接主流监控系统，通过通讯协议，将分析结果传输至远程系统，供用户系统进行远程实时的安全在线监测、数据管理和故障预警。

作为本发明的另一方面，提供一种一种隧道吊装风机5的安全监测方法，所述方法包括：

步骤1，通过隧道吊装风机5两侧上方的第一涡流传感器3和第二涡流传感器4分别采集隧道吊装风机5对应侧上部金属被测面的位移信号；

步骤2，对应侧的位移信号分析对应侧的单侧风机位移变化，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态以及整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

优选地，步骤2具体包括：

对涡流传感器采集的原始信号进行预处理，所述预处理包括通过信号采集模块8内部电路对原始信号进行调理和滤波处理；

对预处理后的信号进行特征信号隔离分解，从预处理后的信号中分解出交流分量和直流分量；

对直流量进行数字化处理，判别单侧风机位移状态，通过单侧风机位移变化计算整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态，通过单侧风机位移变化、整体风机倾斜状态和整体风机沉降状态进行趋势分析和超限危险判断。

优选地，所述方法还包括：对交流分量进行高频采样及数字化处理频谱分析，所述信号分析处理模块10预置故障特征库，通过特征频谱比对判断风机动态故障，所述动态故障包括轴承故障、叶片故障、风机本体结构松动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。