[發(fā)明專利]基于聲發(fā)射技術(shù)檢測離心泵小流量工況不穩(wěn)定流動(dòng)的裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310730630.X
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103671066A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付燕霞;袁建平;黃萍;周幫倫
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 江蘇縱聯(lián)律師事務(wù)所 32253
• 代理人: 戴勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于聲發(fā)射技術(shù)檢測離心泵小流量工況不穩(wěn)定流動(dòng)的裝置，特別是涉及一種檢測離心泵空化狀態(tài)及其故障運(yùn)行的裝置。

背景技術(shù)

離心泵廣泛應(yīng)用于航空航天，石油、化工、水利等重要的國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的離心泵在小流量，特別低進(jìn)口壓力工況下運(yùn)行時(shí)，離心泵進(jìn)口容易產(chǎn)生回流，回流漩渦中心的壓力極低，并容易在吸水管路中出現(xiàn)低壓區(qū)，而低壓區(qū)會導(dǎo)致空化產(chǎn)生，泵的進(jìn)口處會有周期性的空泡出現(xiàn)，正是由于空泡體積的不斷變化，才改變了管路內(nèi)流體的連續(xù)性，致使水泵流量不穩(wěn)定，經(jīng)常會出現(xiàn)與空泡相關(guān)的壓力和流量脈動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會誘發(fā)強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)，消耗能量，從而降低離心泵的運(yùn)行可靠性和工作性能。這類脈動(dòng)通常伴隨有噪音，有時(shí)甚至?xí)鹚霉艿老到y(tǒng)的共振，影響供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此這種現(xiàn)象日益受到人們的關(guān)注。近年來，高頻率的應(yīng)用聲發(fā)射(AE)技術(shù)在監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)一直在增長。與AE工作范圍相關(guān)的典型頻率是從20kHz到1MHz。識別空化的目前存在最常用的方法仍是基于觀察揚(yáng)程下降3%，其他檢測泵故障診斷方法如振動(dòng)分析和水聽器觀察已經(jīng)存在，而聲發(fā)射AE在這個(gè)方面的應(yīng)用仍處于初級階段。此外，關(guān)于AE應(yīng)用于泵健康運(yùn)行和空化監(jiān)測的國內(nèi)外文獻(xiàn)較有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲發(fā)射技術(shù)檢測離心泵小流量工況內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)特性的診斷裝置，便于監(jiān)測與有效避免離心泵在小流量工況下產(chǎn)生的回流，空化等流動(dòng)不穩(wěn)定性容易引起的離心泵工作不穩(wěn)定，性能差等上述諸多問題，掌握離心泵小流量工況下的流動(dòng)規(guī)律。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

基于聲發(fā)射技術(shù)檢測離心泵小流量工況不穩(wěn)定流動(dòng)的裝置，由離心泵系統(tǒng)(1)、基于聲發(fā)射技術(shù)和離心泵進(jìn)出口管道流體引起的不穩(wěn)定壓強(qiáng)配置成的信號處理模塊(2)、一個(gè)包含與所述離心泵小流量工況不穩(wěn)定流動(dòng)性能診斷相關(guān)的信號輸出單元(3)組成；所述的離心泵系統(tǒng)(1)與信號處理模塊(2)、信號輸出單元(3)依次連接在一起；其特征在于：

所述離心泵系統(tǒng)(1)包含泵體和葉輪，并且將泵體和葉輪耦合到具有相同管徑的入口管道和出口管道中；

所述的信號輸出單元(3)包括診斷單元(15)；所述的診斷單元(15)包含離心泵不同流量下運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)程和效率參考模塊，以及非空化狀態(tài)泵頻率參考模塊；

所述信號處理模塊(2)包括聲發(fā)射信號采集單元(4)、用于檢測水泵進(jìn)口管道和泵出口管道的不穩(wěn)定壓強(qiáng)的兩個(gè)壓力傳感器(5)、分別與聲發(fā)射信號采集單元(4)和兩個(gè)壓力傳感器(5)連接的數(shù)據(jù)采集單元(6)、與所述的數(shù)據(jù)采集單元(6)相連接的信號特征提取單元(7)、基于進(jìn)口管道和出口管道壓力差獲得的水泵揚(yáng)程的揚(yáng)程計(jì)算單元(8)以及基于所述離心泵系統(tǒng)(1)的電動(dòng)機(jī)提供的功率來監(jiān)控泵效率的效率監(jiān)控單元(9)；所述的兩個(gè)壓力傳感器(5)安裝高度相同，即到泵的基準(zhǔn)面的垂直距離相同；

所述聲發(fā)射信號采集單元(4)含有至少三個(gè)聲發(fā)射傳感器(10)；且多個(gè)聲發(fā)射傳感器獲取的聲發(fā)射信號連接至與數(shù)據(jù)采集單元(4)相連接的前置放大器(11)；所述的至少三個(gè)以上的聲發(fā)射傳感器(7)分別粘附固定于離心泵系統(tǒng)(1)中的進(jìn)口管道上、離心泵出口管道上以及泵體上；

所述數(shù)據(jù)采集單元(6)包括用于對輸入信號的信號采樣單元(12)、用于將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(13)以及數(shù)字濾波器(14)；所述的數(shù)字濾波器(14)分別與信號特征提取單元(7)、揚(yáng)程計(jì)算單元(8)以及效率監(jiān)控單元(9)連接；所述信號采樣單元(12)的輸入端分別與聲發(fā)射信號采集單元(4)、壓力傳感器(5)相連，輸出端通過數(shù)字濾波器(14)與診斷單元(15)連接；

所述的特征提取單元(7)采用FFT技術(shù)獲取聲發(fā)射信號的中心頻率并可簽名跟蹤特征泵頻率。特征提取單元的輸出端(7)與所述的診斷單元(15)連接，所述的診斷單元(15)基于簽名特征泵頻率中的頻率和幅值的變化來確定離心泵的不穩(wěn)定流動(dòng)特性，并輸出診斷結(jié)果；

所述的揚(yáng)程計(jì)算單元(8)以及效率監(jiān)控單元(9)通過壓力傳感器的輸出的兩路水壓信號計(jì)算出離心泵的揚(yáng)程及效率，并輸出至診斷單元(15)。

所述的信號處理模塊(2)的進(jìn)出口管道不穩(wěn)定壓強(qiáng)信號是由離心泵在小流量工況下其葉輪進(jìn)口出現(xiàn)的二次流動(dòng)，即回流引起的。

所述的進(jìn)出口管道不穩(wěn)定壓強(qiáng)信號和聲發(fā)射信號是由離心泵在小流量工況下空化發(fā)生所產(chǎn)生小空泡破裂引起的。