一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法和裝置，通過測量驅動電機的瞬時輸入電壓和電流，計算得到電機的瞬態(tài)輸入功率，并將瞬態(tài)輸入功率進行歸一化，然后對得到的歸一化的數(shù)據(jù)進行標準差計算，將標準差值作為衡量當前流動不穩(wěn)定程度的物理量值，實現(xiàn)對泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測。所述監(jiān)測裝置包括信號采集模塊，信號調理模塊，信號處理模塊，上位機通訊模塊和人機交互模塊；信號采集模塊根據(jù)人機交互模塊的輸采集參數(shù)的要求，通過信號采集模塊和信號調理模塊實現(xiàn)電機瞬態(tài)電壓電流的采集，通過信號處理模塊實現(xiàn)瞬態(tài)功率的計算，瞬態(tài)功率的歸一化處理，歸一化數(shù)據(jù)的標準差的計算，通過上位機通訊模塊發(fā)布結果，人機交互模塊顯示結果。
【專利說明】一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及流體機械測試方法領域，特指一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法，以及實現(xiàn)這種方法的裝置。
【背景技術】
[0002]葉片泵作為重要的能量轉換和流體輸送裝置，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各部分以及航空航天等尖端【技術領域】。因此，降低其能耗，提高運行安全和可靠性，具有巨大的經(jīng)濟效益，對提高我國工業(yè)發(fā)展水平具有重要意義。泵的水力性能主要指流量揚程特性、效率特性等，與水泵的節(jié)能運行能力直接相關。近幾年來，越來越多的研究表明泵內部流動的不穩(wěn)定特性與泵的外特性是密切關聯(lián)，是影響泵外特性的本質因素。
[0003]影響泵內部的流動不穩(wěn)定性主要是動靜干涉、進出口回流、汽蝕以及二次流等，這些不穩(wěn)定特性的流動工況產(chǎn)生的交變軸向力和徑向力是導致軸承燒傷和密封破壞的主要原因，這些故障輕則導致停工停產(chǎn)，重則會引起火災等災難性事故，這些與泵安全運行和可靠性息息相關。
[0004]因此及時準確地判斷泵的運行時的不穩(wěn)定程度是非常必要的。而在目前關于泵內部流動不穩(wěn)定研究的文獻資料，主要反映了流動不穩(wěn)定產(chǎn)生的原因，以及當流動不穩(wěn)定時對泵運行的影響，但關于對離心泵運行的不穩(wěn)定程度的監(jiān)測很少出現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0005]當泵內部的流動不穩(wěn)定性時，相應的其水力載荷也會產(chǎn)生一定的波動，并且這種波動的劇烈程度與流動不穩(wěn)定的程度直接相關。因為電機輸入功率的大小與電機負載幾乎呈線性關系(特別是小負荷范圍內)，因此電機可以作為一種有效的載荷傳感器。泵的水力載荷產(chǎn)生波動時，在電機軸上的負載轉矩也會產(chǎn)生波動，同時在電機的輸入功率上也會產(chǎn)生相應的波動。因此可通過量化輸入功率波動程度來顯示流動不穩(wěn)定的程度。
[0006]本發(fā)明就是在此基礎上，提供了一種離心泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法，以及實現(xiàn)這種方法的裝置來實現(xiàn)對泵運行時的流動不穩(wěn)定程度的監(jiān)測，以保證離心泵可靠、節(jié)能運行。技術方案:為解決以上技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案:一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法，其特征在于:通過測量驅動電機的瞬時輸入電壓和電流，計算得到電機的瞬態(tài)輸入功率，并將瞬態(tài)輸入功率進行歸一化，然后對得到的歸一化的數(shù)據(jù)進行標準差計算，將標準差值作為衡量當前流動不穩(wěn)定程度的物理量值，實現(xiàn)對泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測。
[0007]—種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置，其特征在于:包括信號采集模塊，信號調理模塊，信號處理模塊，上位機通訊模塊和人機交互模塊；
[0008]信號采集模塊根據(jù)人機交互模塊的輸采集參數(shù)的要求，通過信號采集模塊和信號調理模塊實現(xiàn)電機瞬態(tài)電壓電流的采集，通過信號處理模塊實現(xiàn)瞬態(tài)功率的計算，瞬態(tài)功率的歸一化處理，歸一化數(shù)據(jù)的標準差的計算，通過上位機通訊模塊發(fā)布結果，人機交互模塊顯示結果。
[0009]信號采集模塊包括霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器，能對泵驅動電機的輸入電壓電流的動態(tài)信號進行測量。
[0010]信號處理模塊根據(jù)已采集到的瞬態(tài)的三相電壓Vt^t)，電流信號Itc (t)，按照下式對電機的電機瞬態(tài)輸入功率Ptrt(t)進行計算:
[0011]Ρφ (t) = νφ (?)*Ιφ (t)
[0012]Ptot (t) = P$a(t)+P$b(t)+P$c(t)
[0013]對計算得到的電機瞬態(tài)輸入功率Ptot (t)通過與其滑動平均值相除進行歸一化處理，然后對得到的歸一化的數(shù)據(jù)，進行標準差計算。
[0014]有益效果:本發(fā)明通過量化在電機輸入功率上產(chǎn)生相應的波動來實現(xiàn)流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測，保證了離心泵可靠、節(jié)能運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置的示意圖
[0016]圖2為本發(fā)明的裝置安裝及采集電路示意圖。圖3為信號調理電路圖。圖4
[0017]為信號處理流程圖。
[0018]圖5為歸一化后的關死點工況結果的圖示。
·[0019]圖6為歸一化后的0.5倍最佳效率工況結果的圖示。
[0020]圖7為歸一化后的最佳效率工況結果的圖示。
[0021]圖8為歸一化后的1.2倍最佳效率工況結果的圖示。
[0022]圖9為測量結果的圖示。
[0023]圖中，1.水泵，2.電機，3.電機接線端，4.電機動力電源，5.霍爾電壓傳感器，
6.霍爾電流傳感器，7.DSP采集處理系統(tǒng)，8.人機交互模塊，9.上位機，10.運算放大器，
11.低通濾波器。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0025]如圖1所示，一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置包括信號采集模塊，信號調理模塊，信號處理模塊，上位機通訊模塊和人機交互模塊。
[0026]如圖2所示，將該裝置安裝與待監(jiān)測的泵(I)的驅動電機(2)上，與電機的供電線路連接，通過嵌入在PCB電路板的霍爾電壓傳感器(5)與電機接線端(3)相接，將待測的動力線通過霍爾電流傳感器(6)，即可實現(xiàn)對相關電參數(shù)的測量。通過人機交互模塊(8)輸入監(jiān)測時間間隔和電路采集頻率，在水泵運行時，通過霍爾電壓傳感器(5)和霍爾電流傳感器
(6)即可以感受到被測量的電壓和電流信息，并能將感受到的信息，按規(guī)律變換成為能夠被采集系統(tǒng)采集的電信號，然后這些電信號被輸入到DSP采集處理系統(tǒng)(7)，采集的信號首先通過如圖3所示的信號調理電路，經(jīng)過運算放大器(10)及其相關電路對輸入信號進行隔離和跟隨，對輸入信號就行調理以適應DSP采集電路，然后通過低通濾波器(11)進行抗混疊處理，消除高頻干擾，最后通過DSP內部集成的A/D轉換模塊和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，對上述信號進行定時采樣和存儲。[0027]在信號處理中，根據(jù)已采集到的瞬態(tài)的三相電壓Vtc⑴，電流信號Itc⑴，按照下式對電機的電機瞬態(tài)輸入功率Ptrt (t)進行計算:
[0028]ρΦω = νΦα)*ιΦα)
[0029]Ptot (t) = P$a(t)+P$b(t)+P$c(t)
[0030]然后結合圖4所示的信號處理流程圖，首先對計算得到的電機瞬態(tài)輸入功率Ptot (t)，通過與其滑動平均值相除進行歸一化處理。
[0031]如圖5至圖8所不，為進彳丁相應處理后的結果，如圖5至圖8可以看出在最佳效率點其波動幅度要明顯小于其他工況，而波動幅度較強的工況均出現(xiàn)在流動不穩(wěn)定性程度較強的小流量工況，其中在關死點工況表現(xiàn)的更加明顯。
[0032]然后計算各個樣本的標準差，其所得結果如圖9所示，所得的結果也符合泵內部流動規(guī)律，流動不穩(wěn)定程度最低的點出現(xiàn)在最高效率點，在流動不穩(wěn)定程度較高的小流量區(qū)域，其數(shù)值也相對較高。最后電機和水泵的運行數(shù)據(jù)通過人機交互模塊顯示，同時通過上位機通訊模塊與上位機(9)進行通訊。
【權利要求】
1.一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測方法，其特征在于:通過測量驅動電機的瞬時輸入電壓和電流，計算得到電機的瞬態(tài)輸入功率，并將瞬態(tài)輸入功率進行歸一化，然后對得到的歸一化的數(shù)據(jù)進行標準差計算，將標準差值作為衡量當前流動不穩(wěn)定程度的物理量值，實現(xiàn)對泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測。
2.一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置，其特征在于:所述監(jiān)測裝置包括信號采集模塊，信號調理模塊，信號處理模塊，上位機通訊模塊和人機交互模塊； 信號采集模塊根據(jù)人機交互模塊的輸采集參數(shù)的要求，通過信號采集模塊和信號調理模塊實現(xiàn)電機瞬態(tài)電壓電流的采集，通過信號處理模塊實現(xiàn)瞬態(tài)功率的計算，瞬態(tài)功率的歸一化處理，歸一化數(shù)據(jù)的標準差的計算，通過上位機通訊模塊發(fā)布結果，人機交互模塊顯不結果。
3.根據(jù)權利2要求的所述的一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置，其特征在于:信號采集模塊包括霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器，能對泵驅動電機的輸入電壓電流的動態(tài)信號進行測量。
4.根據(jù)權利2要求的所述的一種葉片泵流動不穩(wěn)定性程度的監(jiān)測裝置，其特征在于:信號處理模塊根據(jù)已采集到的瞬態(tài)的三相電壓Vtc⑴，電流信號Itc⑴，按照下式對電機的電機瞬態(tài)輸入功率Ptrt (t)進行計算:
Ρφ (t) = νφ (?)*Ιφ (t)
Ptot (t) = P$a(t)+P$b(t)+P$c(t) 對計算得到的電機瞬態(tài)輸入功率Pttrt(t)通過與其滑動平均值相除進行歸一化處理，然后對得到的歸一化的數(shù)據(jù)，進行標準差計算。
【文檔編號】F04D15/00GK103591032SQ201310502543
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】駱寅, 袁壽其, 李曉俊, 盧加興, 司喬瑞 申請人:江蘇大學