CN112539183B - 一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法及系统，本发明通过摆度信号的相位差，判断水泵是否倒转，结合水泵转速和水泵飞逸转速范围，判断水泵断流装置拒动，实现了对断流装置拒动的故障诊断，便于在飞逸发生前，执行应急处理流程，保障泵站的生产安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法及系统，属于泵站应用领域。
背景技术
水泵倒转在泵站日常生产运行过程中属于发生概率较高的一种现象。水泵的叶轮套装通过固定装置与转轴结合，水泵正转时，叶轮与转轴越转越紧，反之，则使叶轮松动、甚至脱落，严重危害水泵的安全运行。
水泵在停机过程中一般都会进入倒转，行业规范里要求是倒转最大转速不超过额定转速的1.2倍，超过额定转速的持续时间不应超过2分钟。若水泵停机后断流装置(逆止阀、拍门等)拒动，不能停机断流，产生水泵飞逸，目前现在急需一种断流装置拒动的故障诊断方法。
发明内容
本发明提供了一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，包括，
采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号；
以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样；
根据键相信号，获得水泵的转速；
根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差；
根据水锤计算水泵飞逸的转速范围；
响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
通过设置在水泵机组联轴位置处键相传感器采集水泵的键相信号；通过设置在水泵机组联轴位置处、且呈90°方向的两个电涡流传感器采集水泵的摆度信号。
键相信号为周期内键相传感器发出的脉冲信号数量，水泵的转速等于周期内键相传感器发出的脉冲信号数量。
采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号，将采集的键相信号和摆度信号处理成同一域内的信号。
倒转范围为[60°，120°]，响应于相位差在[60°，120°]内，则水泵倒转，否则水泵正转。
水泵飞逸的转速范围为，
转速范围最大值
转速范围最小值
其中，D为水泵叶轮直径，Hmax、n11fmax、Hmin、n11fmin分别为根据水锤计算获得的水泵最大扬程、单位飞逸转速最大值、水泵最小扬程、单位飞逸转速最小值。
一种水泵断流装置拒动的故障诊断系统，包括，
采集模块：采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号；
采样模块：以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样；
转速计算模块：根据键相信号，获得水泵的转速；
相位差计算模块：根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差；
转速范围计算模块：根据水锤计算水泵飞逸的转速范围；
判定模块：响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行水泵断流装置拒动的故障诊断方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行水泵断流装置拒动的故障诊断方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明通过摆度信号的相位差，判断水泵是否倒转，结合水泵转速和水泵飞逸转速范围，判断水泵断流装置拒动，实现了对断流装置拒动的故障诊断，便于在飞逸发生前，执行应急处理流程，保障泵站的生产安全。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为传感器的安装示意图；
图3为水泵正转两方向摆度信号的波形图；
图4为水泵倒转两方向摆度信号的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤1，同步采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号，将采集的键相信号和摆度信号处理成同一域内的信号。
如图2所示，在水泵机组联轴位置(联轴器)处安装一个键相传感器，两个呈90°方向各安装一个电涡流传感器，具体为+X和-Y方向。键相传感器采集水泵的键相信号，两个电涡流传感器采集水泵的两个方向的摆度信号。由于现有的监控系统中均存在上述安装位置的传感器，因此使用该方法时，直接利用监控系统的传感器即可。
步骤2，以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样。
步骤3，根据键相信号，获得水泵的转速。
键相信号为周期内键相传感器发出的脉冲信号数量，水泵的转速等于周期内键相传感器发出的脉冲信号数量。
具体为：水泵每个旋转周期，键相传感器触发1个脉冲信号，该信号作为该周期的0°标识位置，每分钟统计的脉冲数量即为水泵的转速。
步骤4，根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差。
电涡流传感器为非接触式电涡流传感器，安装于+X和-Y两个方向，夹角呈90°安装，测量两个方向的摆度信号，相位以+X向采样值为基准。
步骤5，根据水锤计算水泵飞逸的转速范围。
5.1水锤计算的特征线相容方程
描述任意管道中的非恒定流水流运动状态的基本方程为拟线性双曲型偏微分方程组，利用特征线法将其转化成管道水锤计算特征线相容方程。
对于长度L的管道A—B，其两端点A、B边界在t时刻的瞬态水头HA(t)、HB(t)以及瞬态流量QA(t)、QB(t)，可建立如下特征线相容方程：
C-特征线相容方程C-：HA(t)＝CM+RMQA(t)
C+特征线相容方程C+：HB(t)＝CP-RPQB(t)
其中，无具体含义的指代量CM＝HB(t-kΔt)-(a/gSA)QB(t-kΔt)、RM＝a/gSA+R|QB(t-kΔt)|、CP＝HA(t-kΔt)-(a/gSA)QA(t-kΔt)、RP＝a/gSA+R|QA(t-kΔt)|；
a为水锤波速，Δt为计算时间步长，g为重力加速度，SA为管道断面面积，k为特征线网格管段数，k＝L/ΔL，ΔL为特征线网格管段长度，ΔL＝aΔt(库朗条件)，R为水头损失系数。
5.2管道内点
每个管道内点T都可以列出C-与C+特征线相容方程：
C-：HT(t)＝CM+RMQT(t)
C+：HT(t)＝CP-RPQT(t)
共2个方程，可解出未知数HT(t)、QT(t)。
5.3水泵节点
对于水泵节点，可由水头平衡方程与机组转动力矩平衡方程求得流量Q与转速n两个未知数，进而可求得扬程H。
(1)水头平衡方程
设水泵上、下边界节点编号为1、2，则水头平衡方程为：
h＝(CP1-CM2)/Hr-q(RP1+RM2)Qr/Hr
其中，h为水泵扬程无量纲值，Hr、Qr为额定工况水泵扬程和流量，q为水泵流量无量纲值
(2)机组转动力矩平衡方程
α＝α0+[(β+β0)-(βg+βg0)]Δt/2Tα
其中，α为水泵转速n无量纲值，β为水泵转矩无量纲值，Tα为机组惯性时间常数，
GD2为机组转动惯性力矩，nr、Mr分别为额定工况机组转速和动力矩，βg为机组转动阻力矩无量纲值，α0、β0、βg0分别为α、β和βg的前一计算时步的值。
5.4水锤计算步骤
一般从初始稳定动行状态开始，即取此时t＝0，各节点的H与Q已知，通过特征线相容方程和边界条件，可依次在不同时刻t＝Δt、t＝2Δt求得各计算节点处的H、Q以及水泵转速n的变化过程。
如果出口阀门拒动不能停机断流，则可根据水泵转速的变化过程计算得到单位飞逸转速n11f。在最大水泵扬程(出水池水位与进水池水位之差)工况下，水泵扬程为Hmax，单位飞逸转速最大为n11fmax；在最小水泵扬程工况下，水泵扬程为Hmin，单位飞逸转速最小为n11fmin。从而可计算得到叶轮直径为D的水泵最大飞逸转速为
水泵最小飞逸转速
进而可得出水泵飞逸的转速范围[nfmin,nfmax]。
步骤6，响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动，向外输出故障信号，一般直接向监控系统PLC发出故障信号，执行应急处理程序。
倒转范围为[60°，120°]，响应于相位差在[60°，120°]内，则水泵倒转，否则水泵正转。
联轴器位置的振动为周期性的，摆度信号可以用正弦或余弦函数描述，在理论状态下，水泵正转，两摆度信号如图3所示，相位差为270°，水泵倒转，两摆度信号如图4所示，相位差为90°。由于理论和实际运用存在差异，因此正转、倒转判断的相位差设置为一个范围，倒转范围为90±30°，即[60°，120°]，正转范围为270±30°，即[240°，300°]。
若水泵且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
上述方法通过摆度信号的相位差，判断水泵是否倒转，结合水泵转速和水泵飞逸转速范围，判断水泵断流装置拒动，实现了对断流装置拒动的故障诊断，便于在飞逸发生前，执行应急处理流程，保障泵站的生产安全。
一种水泵断流装置拒动的故障诊断系统，包括，
采集模块：采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号；
采样模块：以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样；
转速计算模块：根据键相信号，获得水泵的转速；
相位差计算模块：根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差；
转速范围计算模块：根据水锤计算水泵飞逸的转速范围；
判定模块：响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行水泵断流装置拒动的故障诊断方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行水泵断流装置拒动的故障诊断方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：包括，
采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号；
以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样；
根据键相信号，获得水泵的转速；
根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差；
根据水锤计算水泵飞逸的转速范围；
响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
2.根据权利要求1所述的一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：通过设置在水泵机组联轴位置处键相传感器采集水泵的键相信号；通过设置在水泵机组联轴位置处、且呈90°方向的两个电涡流传感器采集水泵的摆度信号。
3.根据权利要求2所述的一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：键相信号为周期内键相传感器发出的脉冲信号数量，水泵的转速等于周期内键相传感器发出的脉冲信号数量。
4.根据权利要求1所述的一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号，将采集的键相信号和摆度信号处理成同一域内的信号。
5.根据权利要求1所述的一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：倒转范围为[60°，120°]，响应于相位差在[60°，120°]内，则水泵倒转，否则水泵正转。
6.根据权利要求1所述的一种水泵断流装置拒动的故障诊断方法，其特征在于：水泵飞逸的转速范围为，
转速范围最大值
转速范围最小值
其中，D为水泵叶轮直径，Hmax、n11fmax、Hmin、n11fmin分别为根据水锤计算获得的水泵最大扬程、单位飞逸转速最大值、水泵最小扬程、单位飞逸转速最小值。
7.一种水泵断流装置拒动的故障诊断系统，其特征在于：包括，
采集模块：采集水泵的键相信号、两个呈90°方向的摆度信号；
采样模块：以键相信号为每个旋转周期的零点位置，对两个呈90°方向的摆度信号进行多个整周期的采样；
转速计算模块：根据键相信号，获得水泵的转速；
相位差计算模块：根据采样的摆度信号，计算两个方向摆度信号的相位差；
转速范围计算模块：根据水锤计算水泵飞逸的转速范围；
判定模块：响应于相位差在预设的倒转范围内、且水泵转速在水泵飞逸的转速范围内，则判定水泵断流装置拒动。
8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至6所述的方法中的任一方法。
9.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至6所述的方法中的任一方法的指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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