傳統(tǒng)水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備(如弧形閘門、啟閉機等)依賴人工巡檢、定期檢修等方式,存在以下問題:
效率低:人工檢測工作量大,依賴經(jīng)驗判斷,易漏檢誤判。
安全風險高:高空、水下作業(yè)環(huán)境危險,檢測人員易受傷害。
無法實時監(jiān)測:難以捕捉突發(fā)故障(如流激振動、支鉸卡阻)的早期征兆。
設(shè)備壽命短:缺乏數(shù)據(jù)支持,無法實現(xiàn)預測性維護,易因疲勞、磨損等問題導致設(shè)備提前報廢。
我公司根據(jù)閘門金屬結(jié)構(gòu)及運行原理,建立金屬結(jié)構(gòu)有限元數(shù)據(jù)模型,通過對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析結(jié)合物聯(lián)傳感采集,獨立開發(fā)設(shè)計啟閉機實時在線智能監(jiān)控系統(tǒng),可實時自動監(jiān)測、監(jiān)控弧形閘門的運行數(shù)據(jù),并通過信息傳輸與處理,可實現(xiàn)對弧形閘門結(jié)構(gòu)靜應力、動應力、振動響應、運行姿態(tài)和支鉸軸承運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測;在決策系統(tǒng)支持下,制訂優(yōu)化調(diào)度與監(jiān)控弧形閘門的安全運行,實現(xiàn)對閘門運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測和故障預警、報警,提前發(fā)現(xiàn)影響設(shè)備安全運行的基礎(chǔ)故障和機械部分早期故障等確保閘門的運行安全,根據(jù)設(shè)計圖紙建立結(jié)構(gòu)有限元數(shù)據(jù)模型。
技術(shù)原理
1.技術(shù)路線選擇
采用多傳感器融合:
應力監(jiān)測:采用耐久性表面應變計,結(jié)合有限元模型解析靜/動應力。
振動監(jiān)測:三軸加速度傳感器捕捉流激振動和機械振動。
運行姿態(tài)監(jiān)測:雙軸傾角傳感器實時計算閘門傾斜量。
聲發(fā)射監(jiān)測:高靈敏度傳感器檢測支鉸軸承卡阻、磨損等異常。
物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)分析:通過多通道數(shù)據(jù)采集箱和現(xiàn)地工作站,實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸與云端存儲;結(jié)合AI算法進行時域/頻域分析,預測故障趨勢。
標準合規(guī)性:嚴格遵循NB/T 10859-2021等行業(yè)標準,確保監(jiān)測精度與系統(tǒng)可靠性。
2.對比傳統(tǒng)技術(shù)
人工巡檢:依賴經(jīng)驗,數(shù)據(jù)離散;在線監(jiān)測:連續(xù)數(shù)據(jù)采集,支持趨勢分析。
定期檢修:被動維護;預測性維護:主動預警,降低突發(fā)停機風險。
振動數(shù)據(jù)分析
系統(tǒng)組成
主要有表面應力傳感器、聲發(fā)射傳感器、加速度振動傳感器、行程位移傳感器、傾角傳感器,和多通道多功能信號采集處理器,數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主機和顯示器。
閘門實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的具有以下主要功能:
(1)弧形閘門主要構(gòu)件的靜應力實時在線監(jiān)測;
(2)弧形閘門主要構(gòu)件的動應力實時在線監(jiān)測;
(3)弧形閘門主要構(gòu)件的振動響應實時在線監(jiān)測;
(4)弧形閘門運行姿態(tài)實時在線監(jiān)測;
(5)支鉸軸承運行狀態(tài)在線監(jiān)測等。
實時自動監(jiān)測、監(jiān)控弧形閘門的運行數(shù)據(jù),并通過信息傳輸與處理,實現(xiàn)對弧形閘門工作在運行工況下閘門主梁及支臂結(jié)構(gòu)靜應力、動應力、流激振動響應、運行姿態(tài)和支鉸軸承磨損運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測,當出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,系統(tǒng)自動識別報警。
1.系統(tǒng)產(chǎn)品組成主要功能
硬件層:
傳感器:主要包含應力傳感器、三軸加速度傳感器、傾角傳感器、聲發(fā)射傳感器。
數(shù)據(jù)采集箱:支持應力、振動、傾角、聲發(fā)射等多信號同步采集,防護等級IP65。
現(xiàn)地工作站:配置工控機,實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地存儲與初步分析。
軟件層:
實時監(jiān)測:顯示應力、振動、傾角等數(shù)據(jù),超標時觸發(fā)聲光報警。
智能分析:頻譜分析、趨勢預測、故障診斷(如支鉸抱死預警)。
報表生成:自動生成Word/Excel格式報告,支持歷史數(shù)據(jù)回溯。
聯(lián)動控制:與啟閉機控制系統(tǒng)對接,異常時自動停機或調(diào)整運行參數(shù)。
智能診斷引擎
1. 多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析
異構(gòu)數(shù)據(jù)同步:采用時間戳對齊技術(shù),實現(xiàn)應變(10Hz)、振動(1kHz)、聲發(fā)射(2MHz)等多頻段信號毫秒級同步(誤差≤0.1ms)
特征工程體系:
時域:提取均值、方差、峭度等17項統(tǒng)計量
頻域:FFT頻譜+小波包能量譜聯(lián)合分析(頻帶分辨率≤1Hz)
時頻域:STFT短時傅里葉變換(窗函數(shù)Hamming,重疊率75%)
2. 機理-數(shù)據(jù)雙驅(qū)動模型
物理模型層:
基于ANSYS的閘門有限元模型(網(wǎng)格精度≤5mm)
流固耦合仿真(CFX流體域+Mechanical結(jié)構(gòu)域協(xié)同計算)
AI算法層:
LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):32層隱藏單元,預測軸承剩余壽命誤差≤3%
3D卷積網(wǎng)絡(luò):識別聲發(fā)射信號中的微裂紋特征(識別率92.6%)
混合決策:通過D-S證據(jù)理論融合物理仿真與AI診斷結(jié)果,置信度≥0.85
3. 動態(tài)閾值管理
工況自適應:建立閘門開度-水位-閾值映射矩陣(分辨率1°×0.5m)
自學習機制:
初始閾值:按NB/T 10859-2021 8.2.1~8.2.14設(shè)定
動態(tài)調(diào)整:基于歷史數(shù)據(jù)滾動優(yōu)化,每周更新閾值曲線
弧形閘門在線監(jiān)測系統(tǒng)通過實時采集關(guān)鍵參數(shù)(應力、振動、運行姿態(tài)等),結(jié)合智能分析,實現(xiàn)全天候監(jiān)測、故障預警及自動化處理,保障設(shè)備安全運行,延長使用壽命,降低運維成本。
主要優(yōu)勢:
1.全生命周期管理:從實時監(jiān)測到預測維護,延長設(shè)備使用壽命20%以上。
2.精準預警:基于NB/T 10859標準設(shè)定閾值(如振動位移>0.5mm報警),誤報率<2%。
3.降本增效:減少人工巡檢頻次80%,運維成本降低30%。
4.高可靠性:傳感器防護等級IP68,適應水下、高濕、低溫等惡劣環(huán)境。