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一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-12-14
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-04-16
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-04-26
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-12-14
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202011465311.7 申请日 2020-12-14
公开/公告号 CN112576537B 公开/公告日 2022-04-26
授权日 2022-04-26 预估到期日 2040-12-14
申请年 2020年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 F04D27/00G06F17/14 主分类号 F04D27/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 3
权利要求数量 4 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 湘潭大学 当前专利权人 湘潭大学
发明人 张翮辉、常春平、游浩林 第一发明人 张翮辉
地址 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘街道湘潭大学机械工程学院 邮编 411105
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 湖南省 申请人所在市 湖南省湘潭市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法,等时间间隔循环进行以下步骤:获得叶片通过频率;采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号;对振动加速度信号进行快速傅里叶变换,获得不同振动频率所对应的振动加速度幅值;积分得到叶片通过频率左区间积分值、叶片通过频率区间积分值和叶片通过频率右区间积分值;计算获得叶片通过频率左区间积分相对值和叶片通过频率右区间积分相对值;计算获得离心泵汽蚀程度值。本发明还公开了一种离心泵汽蚀程度的实时评估系统,包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块。本发明提供的离心泵汽蚀程度的实时评估方法和评估系统,成本低廉,稳定可靠,适用性广。
  • 摘要附图
    一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统
  • 说明书附图:图1
    一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统
  • 说明书附图:图2
    一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统
  • 说明书附图:图3
    一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-04-26 授权
2 2021-04-16 实质审查的生效 IPC(主分类): F04D 27/00 专利申请号: 202011465311.7 申请日: 2020.12.14
3 2021-03-30 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法,其特征在于,按照一定的时间间隔,依次循环进行以下步骤:
步骤1、确定离心泵的额定转速n和叶轮的叶片数目Z,并计算获得叶片通过频率F:
F=nZ/60                        (1)
式中,F为叶片通过频率,Hz;n为离心泵的额定转速,r/min;Z为离心泵叶轮的叶片数目;
步骤2、按照固定的采样频率采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号;
步骤3、对振动加速度信号进行快速傅里叶变换,获得不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A;
步骤4、依次在(1‑p‑q)F≤f≤(1‑p+q)F、(1‑g)F≤f≤(1+g)F和(1+p‑q)F≤f≤(1+p+q)F这三个不同的振动频率区间分别对振动加速度幅值A积分,并得到叶片通过频率左区间积分值IAL、叶片通过频率区间积分值IA0和叶片通过频率右区间积分值IAR:
式(2)~式(4)中,p的取值在0.07~0.1之间,q与g相等,q与g取值在0.03~0.05之间;
步骤5、以叶片通过频率区间积分值IA0为基准,分别计算并得到叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR:
KL=IAL/IA0                       (5)
KR=IAR/IA0                       (6)
式(5)和式(6)中的KL和KR分别为叶片通过频率左区间积分相对值、叶片通过频率右区间积分相对值,IAL、IA0和IAR分别为步骤4获得的叶片通过频率左区间积分值、叶片通过频率区间积分值和叶片通过频率右区间积分值;
步骤6、由步骤5计算得到的叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR获得离心泵汽蚀程度值C:
若 或 离心泵汽蚀程度值C=0;
若 离心泵汽蚀程度值C由下式计算:
式(7)中,K为叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR之和,b1的取值在0.25~0.35之间,b2的取值在0.8~1.2之间。

2.权利要求1所述的离心泵汽蚀程度的实时评估方法,其特征在于,所述一定的时间间隔,为处于1分钟至30分钟之间固定的时间间隔。

3.权利要求1所述的离心泵汽蚀程度的实时评估方法,其特征在于,步骤2所述的固定的采样频率为处于3倍叶片通过频率F至10倍叶片通过频率F之间的频率值。

4.一种用于实现权利要求1‑3任意一项所述的实时评估方法的离心泵汽蚀程度的实时评估系统,其特征在于:包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块:
所述数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连;
数据输入模块用于人工输入离心泵叶片通过频率F的值;
数据采集模块用于按照一定的时间间隔,以固定的采样频率实时采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号;
数据存储模块存储数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将离心泵汽蚀程度值C提供至数据显示模块;
数据显示模块用于实时显示离心泵汽蚀程度值C的评估结果;
数据运算模块通过数据存储模块获得数据输入模块输入的离心泵叶片通过频率F的值以及数据采集模块采集得到的离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号,并进行相关数据处理与运算,最终输出计算得到的离心泵汽蚀程度C至存储模块。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及离心泵领域,具体涉及一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统。

背景技术

[0002] 作为一种典型的通用机械,离心泵大量用于工农业生产和居民生活的各个领域,发挥着不可替代的流体输送和增压作用,故离心泵能否安全稳定运行,对其所处流体系统具有十分重要的意义。离心泵工作过程中,汽蚀是一种危害极大的不良现象,对离心泵自身的安全程度和性能发挥产生较大的负面影响。汽蚀是离心泵叶轮叶片进口稍后的某一定附近压力兼降至被输送液体此时温度下的饱和蒸气压时,所带来的一种异常工况。在这种运行工况下,局部的液体将发生相变沸腾,所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中,又因压力迅速增大而溃灭并凝结回液态,这种过程会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心,产生频率较高、瞬时压力很大的冲击。因此,从离心泵的安全稳定运行角度出发,有必要对离心泵是否发生汽蚀以及汽蚀发生时的严重程度进行实时监测与评估,以便使得离心泵的运行维护人员及时掌握离心泵的运行状态,并在必要的时候迅速采取干预和预防措施,以免产生不良的后果。
[0003] 由于离心泵汽蚀发生时会伴随内部流体压力的变化,并导致扬程的降低,故公知的技术方案中,往往通过监测离心泵内部压力或扬程的变化来判断离心泵的汽蚀程度。但是,考虑到离心泵内部压力或扬程的变化也与通过离心泵的流量密切相关,故以上通过监测离心泵内部压力或扬程的变化来判断离心泵汽蚀程度的技术手段,不但依赖于精密的压力传感器等昂贵的仪表,而且在实际应用过程中需要精确掌握非汽蚀工况下离心泵内部压力和扬程随流量的变化规律,这造成应用上的极大不便,不利于大范围推广使用。有研究表明,由于离心泵内部流体流动过程中存在叶轮和隔舌之间的动静干涉作用,离心泵内部存在以叶片通过频率为主导成分的流体脉动现象,这导致相应频率下的离心泵壳体振动;而汽蚀工况时,由于叶轮附近不断存在气泡的产生和溃灭,这会带来流体脉动能量的分离效应,导致离心泵壳体在叶片通过频率为主频的振动之外,还会同时受到略低于叶片通过频率和略高于叶片通过频率的流体脉动冲击。这种科学发现为离心泵汽蚀的评估技术带来了新的途径。
[0004] 由于离心泵现场服役环境的复杂性和运行工况的不确定性,目前公知的技术方案中,缺少低成本、高可靠的技术手段对离心泵运行过程中的汽蚀程度进行准确评估,而是依靠复杂昂贵的仪器系统和现场操作人员的经验积累和主观判断。因此,针对现有离心泵汽蚀程度评估手段的不足,如何设计成本可控、客观科学、稳定可靠且适用面广的离心泵汽蚀程度的实时评估方法并发展相应的评估系统,是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种成本可控、客观科学、稳定可靠且适用面广的离心泵汽蚀程度的实时评估方法,并提供一种离心泵汽蚀程度的实时评估系统。
[0006] 本发明解决上述问题的技术方案是:一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法,其特征在于,按照一定的时间间隔,依次循环进行以下步骤:
[0007] 步骤1、确定离心泵的额定转速n和叶轮的叶片数目Z,并计算获得叶片通过频率F:
[0008] F=nZ/60                        (1)
[0009] 式中,F为叶片通过频率,Hz;n为离心泵的额定转速,r/min;Z为离心泵叶轮的叶片数目。
[0010] 步骤2、按照固定的采样频率采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号。
[0011] 步骤3、对振动加速度信号进行快速傅里叶变换,获得不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A。
[0012] 步骤4、依次在(1‑p‑q)F≤f≤(1‑p+q)F、(1‑g)F≤f≤(1+g)F和(1+p‑q)F≤f≤(1+p+q)F这三个不同的振动频率区间分别对振动加速度幅值A积分,并得到叶片通过频率左区间积分值IAL、叶片通过频率区间积分值IA0和叶片通过频率右区间积分值IAR:
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 式(2)~式(4)中,p的取值在0.07~0.1之间,q与g相等,q与g取值在0.03~0.05之间。
[0017] 步骤5、以叶片通过频率区间积分值IA0为基准,分别计算并得到叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR:
[0018] KL=IAL/IA0                       (5)
[0019] KR=IAR/IA0                       (6)
[0020] 式(5)和式(6)中的KL和KR分别为叶片通过频率左区间积分相对值、叶片通过频率右区间积分相对值,IAL、IA0和IAR分别为步骤4获得的叶片通过频率左区间积分值、叶片通过频率区间积分值和叶片通过频率右区间积分值。
[0021] 步骤6、由步骤5计算得到的叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR获得离心泵汽蚀程度值C:
[0022] 若 或 离心泵汽蚀程度值C=0;
[0023] 若 离心泵汽蚀程度值C由下式计算:
[0024]
[0025] 式(7)中,K为叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR之和,b1的取值在0.25~0.35之间,b2的取值在0.8~1.2之间。
[0026] 上述离心泵汽蚀程度的实时评估方法,所述一定的时间间隔,为处于1分钟至30分钟之间固定的时间间隔。
[0027] 上述离心泵汽蚀程度的实时评估方法,所述步骤2中固定的采样频率为处于3倍叶片通过频率F至10倍叶片通过频率F之间的频率值。
[0028] 一种用于实现以上所述实时评估方法的离心泵汽蚀程度的实时评估系统,其特征在于:包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块:
[0029] 所述数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连;
[0030] 数据输入模块用于人工输入离心泵叶片通过频率F的值;
[0031] 数据采集模块用于按照一定的时间间隔,以固定的采样频率实时采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号;
[0032] 数据存储模块存储数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将离心泵汽蚀程度值C提供至数据显示模块;
[0033] 数据显示模块用于实时显示离心泵汽蚀程度值C的评估结果;
[0034] 数据运算模块通过数据存储模块获得数据输入模块输入的离心泵叶片通过频率F的值以及数据采集模块采集得到的离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号,并进行相关数据处理与运算,最终输出计算得到的离心泵汽蚀程度C至存储模块。
[0035] 本发明的有益效果在于:
[0036] 1、本发明针对离心泵服役环境复杂且流量工况充满不确定性的实际情况,抓住离心泵汽蚀工况时会增加略偏离叶片通过频率处的流体脉动成分这一特点,通过采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号并进行相应的数据分析来进行汽蚀程度的判断,这种方式充分发挥了数据分析的优点,不但较为准确地实现了离心泵汽蚀程度的实时评估,而且还具有成本低廉和运行稳定等突出优点。
[0037] 2、本发明采集壁厚最薄处的振动加速度信号,这种方式有助于提取到汽蚀发生时的信号特征成分。采用快速傅里叶变换和汽蚀程度评估函数,则是将信号分析技术和模糊数学原理有机结合用于离心泵汽蚀程度的模式识别,具有客观科学的优点;同时在离心泵汽蚀程度的判断过程中,首先比较叶片通过频率左区间积分值和叶片通过频率右区间积分值之间的相对大小,只有二者差别不大时才进行离心泵汽蚀程度的评估,这能有效避免干扰因素,杜绝误诊断。
[0038] 3、本发明提供的离心泵汽蚀程度的实时评估方法,客观科学且适用面广,相应的评估系统硬件成本可控、运行稳定且易于实现。

实施方案

[0042] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0043] 如图1所示,一种离心泵汽蚀程度的实时评估方法,其特征在于,按照处于1分钟至30分钟之间固定的时间间隔,依次循环进行以下步骤:
[0044] 步骤1、确定离心泵的额定转速n和叶轮的叶片数目Z,并计算获得叶片通过频率F:
[0045] F=nZ/60                        (1)
[0046] 式中,F为叶片通过频率,Hz;n为离心泵的额定转速,r/min;Z为离心泵叶轮的叶片数目。
[0047] 步骤2、按照固定的采样频率采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号。
[0048] 所述的固定的采样频率为处于3倍叶片通过频率F至10倍叶片通过频率F之间的频率值。
[0049] 步骤3、对振动加速度信号进行快速傅里叶变换,获得不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A。
[0050] 步骤4、依次在(1‑p‑q)F≤f≤(1‑p+q)F、(1‑g)F≤f≤(1+g)F和(1+p‑q)F≤f≤(1+p+q)F这三个不同的振动频率区间分别对振动加速度幅值A积分,并得到叶片通过频率左区间积分值IAL、叶片通过频率区间积分值IA0和叶片通过频率右区间积分值IAR:
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 式(2)~式(4)中,p的取值在0.07~0.1之间,q与g相等,q与g取值在0.03~0.05之间。
[0055] 步骤5、以叶片通过频率区间积分值IA0为基准,分别计算并得到叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR:
[0056] KL=IAL/IA0                       (5)
[0057] KR=IAR/IA0                       (6)
[0058] 式(5)和式(6)中的KL和KR分别为叶片通过频率左区间积分相对值、叶片通过频率右区间积分相对值,IAL、IA0和IAR分别为步骤4获得的叶片通过频率左区间积分值、叶片通过频率区间积分值和叶片通过频率右区间积分值。
[0059] 步骤6、由步骤5计算得到的叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR获得离心泵汽蚀程度值C:
[0060] 若 或 离心泵汽蚀程度值C=0;
[0061] 若 离心泵汽蚀程度值C由下式计算:
[0062]
[0063] 式(7)中,K为叶片通过频率左区间积分相对值KL和叶片通过频率右区间积分相对值KR之和,b1的取值在0.25~0.35之间,b2的取值在0.8~1.2之间。
[0064] 如图2所示,一种离心泵汽蚀程度的实时评估系统,其特征在于:包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块:
[0065] 所述数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连;
[0066] 数据输入模块用于人工输入离心泵叶片通过频率F的值;
[0067] 数据采集模块用于按照一定的时间间隔,以固定的采样频率实时采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号;
[0068] 数据存储模块存储数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将离心泵汽蚀程度值C提供至数据显示模块;
[0069] 数据显示模块用于实时显示离心泵汽蚀程度值C的评估结果;
[0070] 数据运算模块通过数据存储模块获得数据输入模块输入的离心泵叶片通过频率F的值以及数据采集模块采集得到的离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号,并进行相关数据处理与运算,最终输出计算得到的离心泵汽蚀程度C至存储模块。
[0071] 实施例
[0072] 某供水泵站的某台离心泵,额定流量1250m3/h,额定转速n=3000r/min,离心泵叶轮的叶片数目Z=6。由此计算该离心泵的叶片通过频率F=nZ/60=3000*6/60=300Hz。
[0073] 按照10分钟固定的时间间隔,依次完成信号采集和汽蚀程度的评估,下面以某1个时间间隔为例,介绍本实施例的实施过程。
[0074] 按照叶片通过频率F的5倍即1500Hz采样频率采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号,对振动加速度信号进行快速傅里叶变换,获得不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A,并绘图见图3。图3给出了不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A的曲线。
[0075] 取p=0.1、q=g=0.05,依次在255Hz≤f≤285Hz(即0.85F≤f≤0.95F)、285Hz≤f≤315Hz(即0.95F≤f≤1.05F)和315Hz≤f≤345Hz(即1.05F≤f≤1.15F)这三个不同的振动频率区间分别对振动加速度幅值A积分,并得到叶片通过频率左区间积分值IAL=9.65、叶片通过频率区间积分值IA0=24.66和叶片通过频率右区间积分值IAR=9.87。由此进一步计算得到叶片通过频率左区间积分相对值KL=IAL/IA0=9.65/24.66=0.39、叶片通过频率右区间积分相对值KR=IAR/IA0=9.87/24.66=0.40,二者之和即K=0.79。
[0076] 由于 即有 故离心泵汽蚀程度值C由下式计算:
[0077]
[0078] 取b1=0.3,b2=0.9,则有b1
[0079]
[0080] 计算得到离心泵汽蚀程度值C为0.42,说明当前离心泵已经发生了比较明显的汽蚀现象。
[0081] 最后,数据运算模块将获得的离心泵汽蚀程度值C的值0.42传输至数据存储模块,数据存储模块再将其传输至数据显示模块予以显示。
[0082] 本实施例提供的离心泵汽蚀程度的实时评估方法及评估系统,将振动加速度信号采集与数据分析相结合,而其中数据分析则将信号分析技术和模糊数学原理有机结合,这种数据分析方式有效抓住了离心泵汽蚀工况时会增加略偏离叶片通过频率处的流体脉动成分这一特点,通过采集离心泵壳体壁厚最薄处的振动加速度信号并进行相应的数据分析来进行汽蚀程度的模糊判断不但较为准确地实现了离心泵汽蚀程度的实时评估,而且还具有成本低廉和运行稳定等突出优点;同时在离心泵汽蚀程度的判断过程中,首先比较叶片通过频率左区间积分值和叶片通过频率右区间积分值之间的相对大小,只有二者差别不大时才进行离心泵汽蚀程度的评估,这能有效避免干扰因素,杜绝误诊断。因此,总体而言,本实施例提供的离心泵汽蚀程度的实时评估方法,不依赖现场运行维护人员的长期经验和主观判断,而是一切从客观的数据出发;现场的数据采集只针对离心泵壳体厚度最薄处的振动信号,输入数据只有离心泵的叶片通过频率,故适用面广;同时相应的评估系统硬件成本可控、运行稳定且易于现场部署。

附图说明

[0039] 图1为本发明离心泵汽蚀程度的实时评估方法的流程图。
[0040] 图2为本发明离心泵汽蚀程度的实时评估系统的结构框图。
[0041] 图3为本发明应用实例中不同振动频率f所对应的振动加速度幅值A的曲线图。
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