[發明專利]一種基于壓力脈動時頻特性分析的離心泵調節方法

有效

• 申請號: 201510573841.6
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105134618B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 姚志峰;侯亞康;王福軍;閆婷婷;彭芳;張迪
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: F04D15/00
• 分類號: F04D15/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙)11248
• 代理人: 徐林

技術領域

本發明涉及離心泵運行監測領域，涉及一種基于壓力脈動時頻特性分析的離心泵調節方法。

背景技術

我國水泵數量和裝機功率均居世界第一。據統計，泵的總裝機功率超過9.5億kW，年耗電趨于近5300億kW·h，約占全國總發電量的16％。在各類泵型中，離心泵的數量占85％以上，廣泛應用于水利、航天、電力、石化等領域，在國民經濟中起著至關重要的作用。

一般來講，離心泵一旦運行，就不可避免地產生隨時間變化的壓力脈動。壓力脈動是導致水泵葉片磨損加速、振動加劇、噪聲增強、供水能力下降和運行效益降低的重要原因之一，是導致泵站頻繁進行更新改造的主要因素，更是困擾水泵向著高揚程、大功率發展的瓶頸。目前，對于水泵壓力脈動的評價主要從時域統計和頻域分析兩個角度來進行，借鑒的標準主要是《水力機械(水輪機、蓄能泵和水泵水輪機)振動與脈動現場測量指南》(IEC60994-1997)，相應于中國的標準是《水力機械振動和脈動現場測試規程》(GB17189-1997)。對于壓力脈動頻域分析方法，只局限在采用快速傅立葉變換(FFT)分析方法，主要著眼于評價主頻、次主頻等單一頻率成分，如葉頻、軸頻和空化低頻等。

但是，離心泵壓力脈動還可能存在具有高壓力幅值的連續頻率帶，且在頻域圖中呈現“小山包”狀。到目前為止，沒有學者對這種具有寬帶特性的頻率成分進行較為深入的研究，且現有的壓力脈動體系也無法對這種頻率成分做出評價。此外，FFT變換方法的使用是基于采集的壓力脈動數據是平穩信號這一假設，是一種全局變換，通過該方法獲得的頻域結果不包括時間信息。因此，通常認為頻域圖中的頻率成分是不隨時間發生變化的。隨著對離心泵內部流場認識的深入，許多研究發現即使在設計工況點，雙吸離心泵半螺旋形吸水室或者螺旋形壓水室內還是會存在一個隨著時空變換的渦。這些旋渦的形態隨著時間時刻發生著變化，甚至發生游移。當離心泵偏離額定工況運行時，吸水室或進水管旋渦流態將更為突出。如何定量分析和監測這些現象成為急待解決的一個問題。

因此，為了揭示離心泵腔內具有復雜頻率成分，旋渦形態隨時間時刻變化的現象，非常有必要引入一種具有寬帶頻率定量分析及其頻率成分隨時間變化分析的新方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有寬帶頻率定量分析及其頻率成分隨時間變化分析的基于壓力脈動時頻特性分析的離心泵調節方法，即定量提取離心泵腔內旋渦的壓力脈動特征頻率，隨即分析頻率特征成分及其隨時間的變化特性，使用該方法，可保證離心泵進口旋渦流動處于較為理想狀態，進而延長離心泵的使用壽命，保證離心泵具有較高的效率，節約能耗。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

本發明提供一種基于壓力脈動時頻特性分析的離心泵調節方法，該方法包括如下步驟：

(a)泵腔壓力脈動采集，獲取壓力脈動時域：

在離心泵檢測位置設置壓力脈動傳感器，壓力脈動傳感器將水壓力脈動信號輸出給采集卡，并通過與采集卡相連的處理器轉換成數字信號，該數字信號就是離心泵檢測位置的壓力脈動時域；

(b)壓力脈動頻譜分析：

對步驟(a)所獲得的離心泵檢測位置的壓力脈動時域進行FFT變換，得到壓力脈動頻域；

(c)壓力脈動寬帶頻率特征分析：

對步驟(b)所獲得的壓力脈動頻域中有高壓力幅值的連續低頻寬帶成分進行高斯分布包絡，擬合得到中心頻率和寬帶頻率；

(d)寬帶頻率成分隨時間變化特征分析：

對步驟(c)中得到的寬帶頻率進行自適應最優化和時頻分布，得到頻率及其幅值在時間上的變化，提取幅值大于50％～70％最高強度等級的頻率成分作為脊信息，得到其頻率成分隨時間的變化關系；

(e)離心泵腔內漩渦分析：

根據步驟(d)得到的頻率成分隨時間的變化關系，判斷離心泵內部是否存在旋渦或者渦帶流動現象：當頻率低時，代表渦帶旋轉速度較慢，渦帶形態較大；當頻率高時，代表渦帶旋轉速度較快，渦帶形態較小；頻率由低變到高時，就說明形態大的渦帶破碎為多個形態小的渦帶；

(f)離心泵運行狀態調節：

根據步驟(e)的分析結果，調節閥門或離心泵的轉速，使寬帶頻率幅值變小、帶寬收窄、周期性演變特性消失；離心泵進入良好運行狀態。

所述離心泵檢測位置為離心泵泵體吸水室或進水管路壁面。

所述步驟(a)通過如下方案采集離心泵腔內壓力脈動時域信號：在離心泵泵體進口附近設置測壓孔，通過連接線安裝壓力脈動傳感器，通過相應的采集硬件和軟件系統，記錄泵腔內的壓力脈動時域信號。