阅读说明：本技术 一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置及检测方法 (Pump cavitation alarm device and detection method based on vibration spectrum analysis ) 是由 刘黎伟 宋寅 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置,包括：振动加速度传感器,设置在叶片泵的蜗壳位置处；压力变送器,设置在叶片泵的入口处；电流变送器,通过电缆与叶片泵连接；以及数据采集和处理单元,所述数据采集和处理单元通过电缆分别与所述振动加速度传感器、所述压力变送器和所述电流变送器连接。还提供一种基于振动频谱分析的泵汽蚀检测方法。根据本发明的实施方式,通过对叶片泵振动频域波形信号分析获得故障特征值例如喘振、汽蚀、水力缺陷,再结合叶片泵入口压力特征值和电机输入电流特征值的变化情况,综合判断确定叶片泵是否发生汽蚀故障。利用振动故障信号来分析叶片泵的汽蚀故障,便于叶片泵现场汽蚀故障的早期处置。(The invention provides a pump cavitation alarm device based on vibration spectrum analysis, which comprises: the vibration acceleration sensor is arranged at the position of a volute of the vane pump; the pressure transmitter is arranged at the inlet of the vane pump; the current transducer is connected with the vane pump through a cable; and the data acquisition and processing unit is respectively connected with the vibration acceleration sensor, the pressure transmitter and the current transmitter through cables. A pump cavitation detection method based on vibration spectrum analysis is also provided. According to the embodiment of the invention, fault characteristic values such as surge, cavitation and hydraulic defects are obtained through analyzing the vibration frequency domain waveform signals of the vane pump, and then whether the vane pump has cavitation faults or not is comprehensively judged and determined by combining the change conditions of the inlet pressure characteristic value of the vane pump and the input current characteristic value of the motor. The cavitation fault of the vane pump is analyzed by utilizing the vibration fault signal, so that the early treatment of the cavitation fault on the vane pump site is facilitated.)

一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置及检测方法

技术领域

本发明涉及汽蚀检测领域，尤其涉及一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置及采用该装置的泵汽蚀检测方法。

背景技术

叶片泵在用户现场使用过程中，可能因设计制造缺陷、装置特性不匹配、入口压力低于饱和气化压力等情况发生汽蚀故障。当叶片泵发生汽蚀故障时，会产生诸多负面影响，例如：根据汽蚀程度的不同对叶片泵过流部件工作面造成不同程度的破坏，大幅降低叶片泵过流部件的使用寿命；深度汽蚀会引起剧烈的振动，振动能量作用在过流部件工作面上沿轴伸方向传到，可能会造成轴封、轴承、油封等与传动轴配合的零部件的损坏；引起汽蚀的团状气泡群会堵塞叶片泵吸入口流道，造成叶片泵工作性能的大幅下降。

不同的汽蚀阶段会对叶片泵的使用寿命、水力性能和整体可靠性产生不同程度的影响，因此，对叶片泵汽蚀状态进行定期检测是有效避免汽蚀故障，提高产品性能和可靠性的有效手段。目前，行业内叶片泵汽蚀报警需要专用的叶片泵闭式流量-扬程性能测试装置和系统，占地大投资高，因而上述方法仅能应用于叶片泵的出厂测试。针对叶片泵汽蚀故障现场检测尚无专用的工具，只有当汽蚀发展至严重阶段时，现场检修人员才能依靠人为经验采用“望、闻、问、切”等传统方法进行识别，不利用叶片泵汽蚀故障的早期预警和改进。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于振动频谱分析可用于检测泵汽蚀的报警装置及采用该报警装置的泵汽蚀检测方法。

在一个方面，提供一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置，包括：

振动加速度传感器，设置在叶片泵的蜗壳位置处；

压力变送器，设置在叶片泵的入口处；

电流变送器，通过电缆与叶片泵连接；以及

数据采集和处理单元，所述数据采集和处理单元通过电缆分别与所述振动加速度传感器、所述压力变送器和所述电流变送器连接。

在一个实施例中，所述数据采集和处理单元包括：数据采集站和智能保护终端，所述智能保护终端通过电缆与所述数据采集站连接；所述数据采集站通过电缆分别与所述振动加速度传感器、所述压力变送器和所述电流变送器连接。

在一个实施例中，所述数据采集和处理单元还包括：电子触摸屏和防水箱，所述电子触摸屏安装在所述防水箱的箱门上，所述电子触摸屏与所述智能保护终端连接；所述数据采集站和所述智能保护终端安装在所述防水箱内的DIN导轨上。

在一个实施例中，所述数据采集和处理单元还包括：防水箱支架，所述防水箱通过所述防水箱支架固定在叶片泵的底座上。

在一个实施例中，所述振动加速度传感器安装在叶片泵的喉部外壳螺旋变径体与扩散管的连接端面处。

在一个实施例中，所述电流变送器通过阻燃动力电缆与叶片泵的电机接线盒连接。

在另一个方面，还提供一种基于振动频谱分析的泵汽蚀检测方法，采用如上所述泵汽蚀报警装置，包括步骤：

S101：通过振动加速度传感器实时采集叶片泵蜗壳处的振动原始波形信号，并通过电缆将所述振动原始波形信号传送至数据采集和处理单元，通过数据采集和处理单元将所述振动原始波形信号转化为振动频域波形信号；

S102：通过压力变送器实时采集叶片泵的入口压力信号，并通过电缆将所述入口压力信号传送至数据采集和处理单元；

S103：通过电流变送器实时采集叶片泵的输入电流信号，并通过电缆将所述输入电流信号传送至数据采集和处理单元；

S104：通过数据采集和处理单元对所述振动频域波形信号内的汽蚀故障振动特征值、所述入口压力信号内的入口压力特征值及所述输入电流信号内的输入电流特征值进行提取和缓存；

S105：利用数据采集和处理单元对提取的所述汽蚀故障振动特征值、所述入口压力特征值及所述输入电流特征值通过在频率区间内积累的能量中找到峰值能量进行分析和判定，输出叶片泵汽蚀故障结论。

在一个实施例中，步骤S101中通过振动加速度传感器实时采集叶片泵的喉部外壳螺旋变径体与扩散管的连接端面处的振动原始波形信号。

在一个实施例中，通过数据采集站将所述振动原始波形信号转化为振动频域波形信号。

在一个实施例中，还包括步骤S106：将所述叶片泵汽蚀故障结论传输至电子触摸屏进行显示。

根据本发明的实施方式，通过对叶片泵振动频域波形信号分析获得故障特征值例如喘振、汽蚀、水力缺陷，再结合叶片泵入口压力特征值和电机输入电流特征值的变化情况，综合判断确定叶片泵是否发生汽蚀故障。利用振动故障信号来分析叶片泵的汽蚀故障，便于叶片泵现场汽蚀故障的早期处置，解决了原有汽蚀监测装置投资高、占地大，无法应用于叶片泵现场汽蚀报警和传统叶片泵现场汽蚀监测过分依赖认为经验，以及汽蚀故障判断不及时的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的泵汽蚀报警装置示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的泵汽蚀报警装置中数据采集和处理单元示意图。

附图标记：1-叶片泵，2-振动加速度传感器，3-压力变送器，4-电流变送器，5-阻燃动力电缆，6-屏蔽控制电缆，7-网络信号线，8-传感器电缆，9-数据采集站，10-智能保护终端，11-电子触摸屏，12-防水箱，13-防水箱支架。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合图1-图2详细介绍本发明的实施例。

如图1所示，一种基于振动频谱分析的泵汽蚀报警装置包括：振动加速度传感器2、压力变送器3、电流变送器4及数据采集和处理单元。振动加速度传感器2设置在叶片泵1的蜗壳位置处，用于测量叶片泵1蜗壳截面端面径向水平方向的振动原始波形。压力变送器3设置在叶片泵1的入口处，用于测量叶片泵1入口压力标准信号；优选地，通过螺纹/法兰安装在叶片泵1入口法兰处。电流变送器4通过传感器电缆8与叶片泵1连接，用于测量输入叶片泵1的电流信号；优选地，电流变送器4通过阻燃动力电缆5与叶片泵1的电机接线盒连接，电流变送器4实施采集电机输入叶片泵1的电流信号。数据采集和处理单元通过电缆分别与振动加速度传感器2、压力变送器3和电流变送器4连接，用于采集、存储以及处理来自振动加速度传感器2、压力变送器3和电流变送器4的信号。

优选地，振动加速度传感器2通过双头螺栓安装在叶片泵1的喉部外壳螺旋变径体与扩散管的连接端面处。

在一些实施例中，如图2所示，数据采集和处理单元包括：数据采集站9和智能保护终端10，数据采集站9通过电缆分别与振动加速度传感器2、压力变送器3和电流变送器4连接，用于接收、存储和预处理来自振动加速度传感器2、压力变送器3和电流变送器4的振动原始波形信号、入口压力标准信号、输入电流信号，同时将来自振动加速度传感器2的振动原始波形信号预处理为振动频域波形信号，并对振动频域波形信号中的汽蚀故障振动特征值进行提取和缓存；智能保护终端10通过屏蔽控制电缆6与数据采集站9连接，用于分析和处理来自数据采集站9的汽蚀故障振动特征值、入口压力特征值和输入电流特征值。

在一些实施例中，数据采集和处理单元还包括：电子触摸屏11和防水箱12。防水箱12上设置有箱门，箱门可以打开；电子触摸屏11镶嵌在防水箱12的箱门上，同时电子触摸屏11通过网络信号线7与智能保护终端10连接；数据采集站9和智能保护终端10安装在防水箱12内的DIN导轨上。

在一些实施例中，数据采集和处理单元还包括：防水箱支架13，防水箱支架13设置在防水箱12的下方，防水箱12通过防水箱支架13安装在叶片泵1的金属底座上。

根据本发明的实施方式，通过振动加速度传感器2实时采集叶片泵1的振动原始波形信号，利用数据采集和处理单元将振动原始波形信号转化为振动频域波形信号，并从振动频域信号中提取出汽蚀故障振动特征值；同时通过压力变送器3和电流变送器4实时采集叶片泵1的入口压力信号和输入电流信号，并通过数据采集和处理单元获取入口压力特征值、输入电流特征值；最后数据采集和处理单元对汽蚀故障特征值、入口压力特征值和输入电流特征值综合分析和判定，输出叶片泵1汽蚀故障结论。另外，还可以通过电子触摸屏11对汽蚀故障结论及报警状态进行现场展示。

本发明还提供一种基于振动频谱分析的泵汽蚀检测方法，采用如上所述泵汽蚀报警装置，包括步骤：

S101：通过振动加速度传感器2实时采集叶片泵1蜗壳处的振动原始波形信号，并通过电缆将所述振动原始波形信号传送至数据采集和处理单元，通过数据采集和处理单元将所述振动原始波形信号转化为振动频域波形信号

利用振动加速度传感器2实时采集叶片泵1蜗壳位置处的振动原始波形信号，并通过电缆传送至数据采集和处理单元内；数据采集和处理单元通过对采集的原始波形信号进行杂乱波形过滤，并选取不同频率区间的波形信号特征值进行傅里叶变换，从而将振动原始波形信号转化为振动频域波形信号。

S102：通过压力变送器3实时采集叶片泵1的入口压力信号，并通过电缆将所述入口压力信号传送至数据采集和处理单元

同时通过压力变送器3实时采集叶片泵1的入口压力信号，并通过电缆传送至数据采集和处理单元，数据采集和处理单元对入口压力信号进行缓存。

S103：通过电流变送器4实时采集叶片泵1的输入电流信号，并通过电缆将所述输入电流信号传送至数据采集和处理单元

同时通过电流变送器4实时采集叶片泵1的输入电流信号，例如电机对叶片泵1的输入电流信号，并通过电缆将输入电流信号传送至数据采集和处理单元，数据采集和处理单元对输入电流信号进行缓存。

S104：通过数据采集和处理单元对所述振动频域波形信号内的汽蚀故障振动特征值、所述入口压力信号内的入口压力特征值及所述输入电流信号内的输入电流特征值进行提取和缓存

S105：利用数据采集和处理单元对提取的所述汽蚀故障振动特征值、所述入口压力特征值及所述输入电流特征值通过在频率区间内积累的能量中找到峰值能量进行分析和判定，输出叶片泵1汽蚀故障结论

利用数据采集和处理单元对提取缓存的汽蚀故障振动特征值、入口压力特征值和输入电流特征值通过在频率区间内积累的能量中找到峰值能量进行分析和判定，输出叶片泵1的汽蚀故障结论，例如：未发生汽蚀、汽蚀、严重汽蚀、过汽蚀。

在一些实施例中，还包括步骤S106：数据采集和处理单元通过网络信号线7将叶片泵1汽蚀故障结论传输至电子触摸屏11进行显示，以便于现场展示。

在一些实施例中，步骤S101中通过振动加速度传感器2实时采集叶片泵1的喉部外壳螺旋变径体与扩散管的连接端面处的振动原始波形信号。

在一些实施例中，通过数据采集站9将所述振动原始波形信号转化为振动频域波形信号，并对振动频域信号内的汽蚀故障振动特征值进行提取和缓存，然后将存储的汽蚀故障特征值通过屏蔽控制电缆6传输给智能保护终端10；最后智能保护终端10对汽蚀故障特征值、入口压力特征值、输入电流特征值通过在频率区间内积累的能量中找到峰值能量进行分析和判定，并输出叶片泵1的汽蚀故障结论。

根据本发明的实施方式，通过对叶片泵1振动频域波形信号分析获得故障特征值例如喘振、汽蚀、水力缺陷，再结合叶片泵1入口压力特征值和电机输入电流特征值的变化情况，综合判断确定叶片泵1是否发生汽蚀故障。利用振动故障信号来分析叶片泵1的汽蚀故障，便于叶片泵1现场汽蚀故障的早期处置，解决了原有汽蚀监测装置投资高、占地大，无法应用于叶片泵1现场汽蚀报警和传统叶片泵1现场汽蚀监测过分依赖认为经验，以及汽蚀故障判断不及时的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。