(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210968698.0 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102208 北京市昌平区北农路2号 (72)发明人 滕伟　张博　武鑫　柳亦兵　 梁双印　 (74)专利代理 机构 北京市隆安 律师事务所 11323 专利代理师 权鲜枝 (51)Int.Cl. G01M 13/00(2019.01) G01H 11/08(2006.01) G01D 21/02(2006.01) H02J 1/16(2006.01) H02J 3/30(2006.01)H02J 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于飞轮转子的振动状态监测系统 (57)摘要 本发明提供了一种用于飞轮转子的振动状 态监测系统， 包括振动监测传感器(1)和振动分 析系统(2)， 振动监测传感器(1)包括接触式传感 器和非接触式传感器； 振动监测传感器(1)用于 监测飞轮转子的运行状态与位置参数； 振动分析 系统(2)与振动监测传感器(1)通信连接， 并对振 动监测传感器(1)采集的数据进行分析， 并根据 数据分析结果判断飞轮转子的运行状态与位置 参数。 使用本发明检测系统可以准确、 有效的进 行飞轮转子的运行状态和位置参数确定 。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115524104 A 2022.12.27 CN 115524104 A 1.一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 包括振动监测传感器(1)和振动分析系统 (2)， 其特征在于： 振动监测传感器(1)包括接触式传感器和非接触式传感器； 振动监测传感 器(1)用于监测飞轮转子的运行状态与位置参数； 振动分析系统(2)与振动监测传感器(1) 通信连接， 并对振动监测传感器(1)采集的数据进 行分析， 并根据数据分析结果判断飞轮转 子的运行状态与位置参数。 2.如权利要求1所述的一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 其特征在于： 接触 式传 感器为压电式传感器， 基于飞轮转子的运行机理对于飞轮转子的径向机械轴承监测； 非接 触式传感器为电涡流 位移传感器， 对飞轮转子 本体的径向与轴向方向进行监测。 3.如权利要求2所述的一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 其特征在于： 压电式传 感器包括至少 两个， 安装在飞轮转子的上径向轴承和下径向轴承的水平方向与垂直方向； 电涡流位移传感器包括至少两个， 安装在飞轮转子 本体的径向与轴向方向。 4.如权利要求2所述的一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 其特征在于： 监测飞轮 转子径向机械轴承的压电式传感器安装在飞轮转子径向机械轴承的轴承座的水平方向和 垂直方向上； 监测飞轮转子径向位移的电涡 流位移传感器对称均匀安装在飞轮转子的径向 方向， 用于监测飞轮转子的轴心轨迹； 监测飞轮转子轴向位移的电涡流位移传感器对称均 匀安装在飞轮转子下端面的轴向方向， 用于监测飞轮转子的倾 斜角度。 5.如权利要求1所述的一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 其特征在于， 振动分析 系统(2)包 含数据采集模块、 信号处 理模块、 状态分析模块和数据存 储模块。 6.如权利要求5所述的一种用于飞轮转子的振动状态监测系统， 其特征在于， 数据采集 模块： 接收由振动监测传感器采集的数据； 信号处理模块： 对 采集数据进行 预处理， 提取数据的时域、 频域 等特征； 状态分析模块： 结合飞轮转子运行机理及历史数据统计， 输出飞轮的运行状态监测结 果与位置参数； 数据存储模块： 存储数据， 并保存监测数据的基本信 息， 如采样日期， 采样时间， 采样频 率， 通道数， 转速信息等。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115524104 A 2一种用于飞轮转子的振动状态 监测系统 技术领域 [0001]本发明涉及飞轮储能装备安全监测技术领域， 尤其涉及用于飞轮转子的振动状态 监测系统。 背景技术 [0002]为了满足电力系统调频的需求， 近年来飞轮储能系统在向大功率和高储能量发 展， 飞轮转子的转速和重量不断提高。 目前飞轮转子的重量最大可达四至五吨， 储能量可达 几十至上百千瓦时， 最高工作转速可达每 分钟数万转。 在高转速的工作条件下， 飞轮转子在 充放电过程中经常通过临界转速， 容易导致过大 的振动， 使轴承等关键部件失效。 此外， 在 长期反复充放电带来的交变应力载荷下， 飞轮转子内部或轴 段表面可能产生裂纹， 在极端 情况下甚至发生 飞轮转子爆 裂、 飞出， 造成人员伤亡的安全事故。 对于飞轮转子系统进行实 时状态监测可有效避免事故 发生。 [0003]专利申请 号为202111085074.6， 名为 “飞轮转子运动状态的监测系统、 方法及电子 设备”的发明专利， 该方法采用多个位移传感器结合采集卡和终端设备监测飞轮转子的状 态， 但是该方法仅监测飞轮转子本体的运行状态， 并未考虑飞轮转子径向轴承的状态监测， 且运行状态参数中并未考虑转子的倾 斜角度等 位置参数。 [0004]专利文献CN215410869U提出一种飞轮储能装置用安装基座， 包括： 上板、 减震系 统、 下板、 调平系统和两轴倾斜角感测 器， 上板用于安装飞轮储能装置， 下板用于与地面固 定， 上板通过减震系统平行设置于下板的上方， 两轴倾斜角感测器安装于上板的上表面， 调 平系统设置于下板的下表面； 调平系统包括若干组调平组件， 每组调平组件包括上滑座和 下滑座， 上滑座固定 设置于下板的下表面， 上滑 座和下滑座上分别设有一结构匹配的斜面， 下滑座沿斜 面与上滑座滑动连接 。 该专利提出的方案可以调平飞轮转子 。 [0005]飞轮储能装置一般竖直安装布置， 但由于机械加工、 基建施工、 装配误差等， 飞轮 转子的实际旋转轴线会与理想 铅垂线存在一夹角， 夹角的存在不仅使得机械轴承受到的巨 大负荷， 影响机械轴承的寿命， 而且会降低飞轮转子旋转稳定性并增大系统的振动噪声。 更 严重的是， 还会增加对电磁轴承控制上的扰动， 给控制系统带来极大的干扰。 对于飞轮转子 转轴与铅垂线之间的夹角进行监控的前提是 首先要监控飞轮转子 。 发明内容 [0006]针对现有技术中所存在的不足， 本发明提供了一种用于飞轮转子的振动状态监测 系统， 其解决了现有的上述问题或者至少 部分地解决了上述问题， 通过用于飞轮转子的振 动状态监测系统可以有效地实时监测飞轮转子系统的运行状态与位置参数， 采集、 记录并 初步分析 所监测的振动数据， 实现飞轮转子的实时状态监测。 [0007]具体的， 本发明公开了一种用于飞轮转子 的振动状态监测系统， 包括振动监测传 感器(1)和振动分析系统(2)； [0008]振动监测传感器(1)安装在飞轮转子设备 上， 采集飞轮转子的振动状态信息 。说　明　书 1/4 页 3 CN 115524104 A 3