一种消防泵汽蚀监控方法

文档序号:1461545 发布日期:2020-02-21 浏览:6次 >En<

阅读说明:本技术 一种消防泵汽蚀监控方法 (Cavitation monitoring method for fire pump ) 是由 蒋敦军 康秀峰 刘冬桂 于 2019-12-03 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种消防泵汽蚀监控方法,包括以下步骤:获取水的饱和蒸汽压及消防泵的运行和结构相关参数并予以存储;按照固定的时间间隔实时采集消防泵的吸入口压力、流量和通过水温并予以存储;查表获得当前水温对应的饱和蒸汽压,并计算一系列汽蚀余量值;对消防泵进行汽蚀情况判定,根据判定结果采取针对性措施并给出相应的原因提示。本发明从消防泵有效汽蚀余量与必需汽蚀余量这两方面客观现象的比较出发,同时考虑到了吸入口压力、流量和水温对有效汽蚀余量的影响,考察因素全面、直接,具有分析结果可靠性高的优点。(The invention discloses a cavitation monitoring method for a fire pump, which comprises the following steps: acquiring and storing saturated vapor pressure of water and relevant parameters of operation and structure of a fire pump; acquiring the pressure and flow of a suction inlet of a fire pump and the passing water temperature in real time according to a fixed time interval and storing the pressure, flow and passing water temperature; looking up a table to obtain saturated vapor pressure corresponding to the current water temperature, and calculating a series of vapor etching residue values; and judging the cavitation condition of the fire fighting pump, taking targeted measures according to the judgment result and giving corresponding reason prompts. The invention starts from the comparison of two objective phenomena of the effective cavitation allowance and the necessary cavitation allowance of the fire pump, simultaneously considers the influence of the pressure, the flow and the water temperature of the suction inlet on the effective cavitation allowance, has comprehensive and direct investigation factors, and has the advantage of high reliability of analysis results.)

一种消防泵汽蚀监控方法

技术领域

本发明属于消防泵监控技术领域,具体涉及一种消防泵汽蚀监控方法。

背景技术

随着经济社会的发展,人们对安全问题的关注力度日益增大。其中,火灾是一种受到人们广泛重视的安全事故。当火灾发生时,最为常用的方法是使用消防泵输水进行灭火。然而,灭火现场的环境往往十分复杂,各种因素均充满不确定性,一旦由于某些主观或客观原因造成消防泵发生故障,则影响消防泵的正常工作与输水,进而容易对灭火工作造成不良后果。汽蚀是消防泵运行过程中十分常见的一种运行故障类型。当消防泵运行过程出现输送流量过高、水温过高和给水压力不足等状况时,有可能使得消防泵的有效汽蚀余量低于其必需汽蚀余量并导致汽蚀的产生,叶轮入口附近区域水流发生汽化,并带来流量及扬程显著下降、振动及冲击加剧、叶轮损坏等不良后果,干扰消防工作的顺利进行。

为了保障消防泵灭火过程水流输送的顺利进行,避免汽蚀带来的严重后果,需要对消防泵运行过程进行汽蚀的监测与报警。人们发展了许多泵等水力机械的汽蚀监测技术,目前公知的汽蚀监测技术思路大多是抓住汽蚀发生和发展过程中诱发的水力机械结构振动现象,侧重于振动信号的分析与处理。但是这些技术具有以下三个方面的不足:第一,泵等水力机械的振动信号监测依赖于高精度、易损坏的振动传感器及其附属的信号分析设备,不但造价高,而且需要专业的安装与维护技术;第二,消防泵运行的场所环境恶劣,各方面状况复杂,各种环境因素可能对设备的振动带来干扰,进而影响汽蚀诊断的可靠性;第三,依靠振动监测只能单纯地判断是否发生了汽蚀,但是并不能给出发生的可能原因,也就无从指导现场人员的排障操作。

因此,需要发展针对现有公知技术方案的不足,充分重视消防泵运行实际环境中各种可能的因素,发展出经济适用、稳定可靠、控制与预防并行的消防泵汽蚀监测方法,并设计出相应的监测装置,实现复杂环境和多种不确定条件下消防泵汽蚀的有效监测、控制和预防。

发明内容

为了解决上述技术问题,本发明提供一种稳定可靠、经济适用、针对性强、考察因素全面且防控合一的消防泵汽蚀监控方法。

本发明采用的技术方案是:一种消防泵汽蚀监控方法,包括如下步骤:

1)获取水的温度T-汽化压力Pv曲线,并根据水的温度T-汽化压力Pv曲线获取多组水的温度T和汽化压力Pv的对应数据,以表格的形式存储;获取消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线,并根据消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线获取多组消防泵流量Q和必需汽蚀余量(NPSH)r的对应数据,以表格的形式存储;获取消防泵吸入口法兰公称直径Di并存储;

2)按照固定的时间间隔实时采集消防泵的吸入口压力值Pi、流量Q、通过水的温度T,并存储:

3)查表获得当前水的温度T对应的汽化压力Pv,并计算消防泵一系列汽蚀余量值;

4)对消防泵进行汽蚀情况判定,根据判定结果采取针对性措施并给出相应的原因提示。

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤3)的具体操作如下:

3.1)计算出消防泵有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI、短期预测值(NPSH)aII和长期预测值(NPSH)aIII,以及消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI

计算消防泵有效汽蚀余量当前值(NPSH)aI,其公式如下:

Figure BDA0002300278850000031

式(1)中,PiI、viI和PVI分别是消防泵的吸入口压力当前值、吸入口速度当前值和水的汽化压力当前值;ρ和g分别为水的密度和重力加速度;其中,消防泵的吸入口压力当前值PiI由吸入口的压力传感器采集获得;水的汽化压力当前值PVI根据消防泵入口管道内的温度传感器采集获得的水温当前值TI查水的温度T和汽化压力Pv对应表格,并插值计算得到;吸入口速度当前值viI由消防泵出口管道流量计采集的流量当前值QI除以消防泵吸入口面积Si得到;

3.2)计算消防泵有效汽蚀余量短期预测值(NPSH)aII,其公式如下:

Figure BDA0002300278850000032

式(3)中,PiII、viII和PVII分别是消防泵的吸入口压力短期预测值、吸入口速度短期预测值和水的汽化压力短期预测值;

3.3)计算消防泵有效汽蚀余量长期预测值(NPSH)aIII,其公式如下:

Figure BDA0002300278850000033

式(4)中,PiIII、viIII和PVIII分别是消防泵的吸入口压力长期预测值、吸入口速度长期预测值和水的汽化压力长期预测值;

3.4)计算消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI,根据消防泵出口管道流量计采集的流量当前值QI,查步骤1)获得的消防泵流量Q和必需汽蚀余量(NPSH)r对应的数据表格,获得与流量当前值QI接近的两个必需汽蚀余量(NPSH)r,然后插值计算得到。

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤4)的具体操作如下:

分别将有效汽蚀余量当前值(NPSH)aI、消防泵有效汽蚀余量的短期预测值(NPSH)aII、消防泵有效汽蚀余量的长期预测值(NPSH)aIII与消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI进行比较,根据比较结果输出相应状态,提示并同步采取针对性措施:

4.1)判断(NPSH)aI≤(NPSH)rI是否成立,若成立,输出“当前已发生汽蚀”提示,减小消防泵出口管路阀门的开度直至(NPSH)aI>(NPSH)rI,然后转入步骤4.2);否则,转入步骤4.2);

4.2)判断(NPSH)aII≤(NPSH)rI是否成立,若成立,输出“可能即将汽蚀”提示及相应建议,并询问用户是否同意作出自动干预,若用户同意,则减小消防泵出口管路阀门的开度直至(NPSH)aII>(NPSH)rI,然后转入步骤4.3),若用户不同意则直接转入步骤4.3);否则,转入步骤4.3);

4.3)判断(NPSH)aIII≤(NPSH)rI是否成立,若成立,输出“未来可能汽蚀”提示,返回步骤4.1);否则,返回步骤4.1)。

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤3.2)所述的消防泵的吸入口压力短期预测值PiII、吸入口速度短期预测值viII和水的汽化压力短期预测值PVII的获取方法如下:

3.2.1)根据步骤2采集的不同时刻的消防泵吸入口压力值Pi、流量Q时间序列和水的温度T,提取各自包含当前值在内的m个采集值,并按时间先后顺序组成各自的短期历史序列X=[x1,x2,…,xm],其中m为处于5到20之间的正整数,X为采集得到的消防泵吸入口压力值Pi、流量Q或水的温度T的短期历史序列;

3.2.2)对各自的短期历史序列值求取加权算术平均值XII,即分别为消防泵吸入口压力短期预测值PiII、流量短期预测值QII和水温短期预测值TII

Figure BDA0002300278850000051

式(5)中fj为加权因子:

Figure BDA0002300278850000052

3.2.3)由流量短期预测值QII除以吸入口面积Si得到吸入口速度短期预测值viII,由水温短期预测值TII查水的温度T和汽化压力Pv对应表格,获取与水温短期预测值TII接近的两个水的温度对应的汽化压力,并插值计算得到水的汽化压力短期预测值PVII

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤3.3)所述的消防泵的吸入口压力长期预测值PiIII、吸入口速度长期预测值viIII和水的汽化压力长期预测值PVIII的获取方法如下:

3.3.1)针对步骤2采集获得的消防泵吸入口压力值Pi时间序列、流量Q时间序列和水的温度T时间序列,提取各自包含当前值在内的最近n个采集值,并按时间先后顺序组成各自的长期历史序列Y=[y1,y2,…,xn],其中n为处于20到100之间的偶数,Y为采集得到的消防泵吸入口压力值Pi、流量Q或水的温度T的长期历史序列;

3.3.2)求取长期历史序列Y的前半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000061

和后半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000062

Figure BDA0002300278850000064

3.3.3)对各自的长期历史序列值求取长期预测值YIII,即分别为消防泵吸入口压力长期预测值PiIII、流量长期预测值QIII和水温长期预测值TIII

Figure BDA0002300278850000065

3.3.4)由流量长期预测值QIII除以吸入口面积Si得到吸入口速度长期预测值viIII,根据水温长期预测值TIII查水的温度T和汽化压力Pv对应表格,获得与水温长期预测值TIII最接近的两个水的温度T对应的汽化压力Pv,并插值计算得到水的汽化压力长期预测值PVIII

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤4.2)所述的“可能即将汽蚀”提示的相应建议是通过获取短期关键影响参数而作出的,短期关键影响参数采用的是特征值A,特征值A的计算公式如下:

式(10)中,max代表求括号中三个值中的最大值;

若短期关键影响参数为则提示的相应建议为“预计消防泵吸入口压力即将过低,请检查取水处水位变化情况并排除取水口堵塞物”;

若短期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000071

则提示的相应建议为“预计消防泵流量即将过大,请注意控制流量”;

若短期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000072

则提示的相应建议为“预计消防泵水温即将过高,请注意水温变化情况”。

上述的消防泵汽蚀监控方法中,步骤4.3)所述的“未来可能汽蚀”提示的相应建议是通过获取长期关键影响参数而作出的,长期关键影响参数采用的是特征值B,特征值B的计算公式如下:

式(11)中,max代表求括号中三个值中的最大值,

Figure BDA0002300278850000074

Figure BDA0002300278850000075

分别为消防泵吸入口压力、流量和水温的长期历史序列的前半部分算术平均值;

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000076

则提示的相应建议为“预计消防泵吸入口压力未来可能降低,请观察取水处水位变化及取水口堵塞情况”;

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000077

则提示的相应建议为“预计消防泵流量未来可能增大,请观察流量变化情况”;

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000078

则提示的相应建议为“预计消防泵水温未来可能升高,请观察水温变化情况”。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

1、本发明从消防泵有效汽蚀余量与必需汽蚀余量这两方面客观现象的比较出发,同时考虑到了吸入口压力、流量和水温对有效汽蚀余量的影响,考察因素全面、直接,分析结果可靠性高。

2、本发明将消防泵的有效汽蚀余量值分为当前值、短期预测值和长期预测值三种并各自与必需汽蚀余量进行比较,根据比较结果分别作出调控和报警提示及建议等措施,既满足汽蚀已发生时的调控需求,又能在未发生汽蚀时进行趋势分析判读,针对可能的汽蚀发生风险给予提醒并给出相应的建议,因此本发明充分兼顾了汽蚀防控两方面的需要,能最大限度地保障消防泵运行过程中不因汽蚀故障而影响其正常输水工作。

3、本发明提供的消防泵汽蚀监控方法,具有可靠性高、稳定性强、逻辑清晰和易于编程实现的优点。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明消防泵汽蚀情况判定及其针对性措施的流程图。

图3为本发明采用的消防泵汽蚀监控装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示,本发明包括以下步骤:

1、获取水的温度T-汽化压力Pv曲线,并根据水的温度T-汽化压力Pv曲线获取多组水的温度T和汽化压力Pv的对应数据,以表格的形式存储;获取消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线,并根据消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线获取多组消防泵流量Q和必需汽蚀余量(NPSH)r的对应数据,以表格的形式存储;获取消防泵吸入口法兰公称直径Di并予以存储。

2、按照固定的时间间隔实时采集消防泵的吸入口压力值Pi、流量值Q、通过水的温度T,并存储:

按照固定的时间间隔,使用压力传感器实时采集消防泵的吸入口压力值Pi,使用流量传感器实时采集消防泵出口管道通过的流量Q,使用温度传感器实时采集消防泵入口管道内的水的温度T,并以时间序列方式存储,其中,固定的时间间隔处于10秒至1分钟之间。

3、查表获得当前水的温度T对应的水的汽化压力Pv,并分别计算出消防泵有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI、短期预测值(NPSH)aII和长期预测值(NPSH)aIII,以及消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI

3.1计算消防泵有效汽蚀余量当前值(NPSH)aI,其公式如下:

Figure BDA0002300278850000091

式(1)中,PiI、viI和PVI分别是消防泵的吸入口压力当前值、吸入口速度当前值和水的汽化压力当前值,ρ和g分别为水的密度和重力加速度,ρ和g分别取1000kg/m3和9.8m/s2。其中,消防泵的吸入口压力当前值PiI由吸入口的压力传感器采集获得;水的汽化压力当前值根据消防泵入口管道内的温度传感器采集获得的水温当前值TI查水的温度T和汽化压力Pv的数据表格,获取与水温当前值TI接近的两个水的温度对应的汽化压力,并插值计算得到;吸入口速度当前值viI由消防泵出口管道流量计采集的流量当前值QI除以消防泵吸入口面积Si得到,其中吸入口面积Si的计算式为:

Figure BDA0002300278850000092

式(2)中,Di为消防泵吸入口法兰的公称直径。

3.2计算消防泵有效汽蚀余量短期预测值(NPSH)aII,其公式如下:

Figure BDA0002300278850000101

式(3)中,PiII、viII和PVII分别是消防泵的吸入口压力短期预测值、吸入口速度短期预测值和水的汽化压力短期预测值。吸入口压力短期预测值PiII、吸入口速度短期预测值viII和水的汽化压力短期预测值PVII的获取,其步骤如下:

3.2.1针对步骤2采集获得的消防泵吸入口压力值Pi时间序列、流量Q时间序列和水的温度T时间序列,提取各自包含当前值在内的m个采集值,并按时间先后顺序组成各自的短期历史序列X=[x1,x2,…,xm],其中m为处于5到20之间的正整数,X为采集得到的消防泵吸入口压力值Pi、流量Q及水的温度T的短期历史序列;

3.2.2对各自的短期历史序列值求取加权算术平均值XII,即分别为消防泵吸入口压力短期预测值PiII、流量短期预测值QII和水温短期预测值TII

Figure BDA0002300278850000102

式(5)中fj为加权因子:

Figure BDA0002300278850000103

3.2.3由流量短期预测值QII除以吸入口面积Si得到吸入口速度短期预测值viII,根据水温短期预测值TII查水的温度T和汽化压力Pv对应数据表格,得到与水温短期预测值TII最接近的两个水的温度T对应的汽化压力Pv,通过插值计算得到水的汽化压力短期预测值PVII

3.3计算消防泵有效汽蚀余量长期预测值(NPSH)aIII,其公式如下:

式(4)中,PiIII、viIII和PVIII分别是消防泵的吸入口压力长期预测值、吸入口速度长期预测值和水的汽化压力长期预测值。

所述的消防泵的吸入口压力长期预测值PiIII、吸入口速度长期预测值viIII和水的汽化压力长期预测值PVIII的获取方法如下:

3.3.1)针对步骤2采集获得的消防泵吸入口压力值Pi时间序列、流量Q时间序列和水的温度T时间序列,提取各自包含当前值在内的最近n个采集值,并按时间先后顺序组成各自的长期历史序列Y=[y1,y2,…,xn],其中n为处于20到100之间的偶数,Y为采集得到的消防泵吸入口压力值Pi、流量Q或水的温度T的长期历史序列;

3.3.2)求取长期历史序列Y的前半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000112

和后半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000114

Figure BDA0002300278850000115

3.3.3)对各自的长期历史序列值求取长期预测值YIII,即分别为消防泵吸入口压力长期预测值PiIII、流量长期预测值QIII和水温长期预测值TIII

Figure BDA0002300278850000116

3.3.4)由流量长期预测值QIII除以吸入口面积Si得到吸入口速度长期预测值viIII,根据水温长期预测值TIII查水的温度T和汽化压力Pv对应表格,获得与水温长期预测值TIII最接近的两个水的温度T对应的汽化压力Pv,并插值计算得到水的汽化压力长期预测值PVIII

3.4计算消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI,根据消防泵出口管道流量计采集获得的流量当前值QI查步骤1获得的消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r对应的数据表格,获得与流量当前值QI接近的两个必需汽蚀余量(NPSH)r,然后插值计算得到。

4、对消防泵进行汽蚀情况判定,根据判定结果采取针对性措施并给出相应的原因提示:

分别将有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI、消防泵有效汽蚀余量的短期预测值(NPSH)aII、消防泵有效汽蚀余量的长期预测值(NPSH)aIII与消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI进行大小比较,根据比较结果输出相应状态提示,并同步采取针对性措施,如图2所示,其流程如下:

4.1判断(NPSH)aI≤(NPSH)rI是否成立,成立则输出“当前已发生汽蚀”提示,减小消防泵出口管路阀门的开度直至(NPSH)aI>(NPSH)rI,然后转入步骤4.2;否则,转入步骤4.2;

4.2判断(NPSH)aII≤(NPSH)rI是否成立,成立则输出“可能即将汽蚀”提示及相应建议,并询问用户是否同意作出自动干预,若用户同意,则减小消防泵出口管路阀门的开度直至(NPSH)aII>(NPSH)rI,然后转入子步骤4.3,若用户不同意则直接转入步骤4.3;否则,转入步骤4.3;

所述的“可能即将汽蚀”提示的相应建议是通过获取短期关键影响参数而作出的,短期关键影响参数采用的是特征值A,特征值A的计算公式如下:

Figure BDA0002300278850000131

式(10)中,max代表求括号中三个值中的最大值;

若短期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000132

则提示的相应建议为“预计消防泵吸入口压力即将过低,请检查取水处水位变化情况并排除取水口堵塞物”;

若短期关键影响参数为则提示的相应建议为“预计消防泵流量即将过大,请注意控制流量”;

若短期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000134

则提示的相应建议为“预计消防泵水温即将过高,请注意水温变化情况”。

4.3判断(NPSH)aIII≤(NPSH)rI是否成立,成立则输出“未来可能汽蚀”提示及相应建议,返回步骤4.1;否则,返回步骤4.1。

所述的“未来可能汽蚀”提示的相应建议是通过获取长期关键影响参数而作出的,长期关键影响参数采用的是特征值B,特征值B的计算公式如下:

Figure BDA0002300278850000135

式(11)中,max代表求括号中三个值中的最大值,

Figure BDA0002300278850000136

Figure BDA0002300278850000137

分别为权利要求3所述方法得到的消防泵吸入口压力、流量和水的温度的长期历史序列的前半部分算术平均值。

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000138

则提示的相应建议为“预计消防泵吸入口压力未来可能降低,请观察取水处水位变化及取水口堵塞情况”;

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000139

则提示的相应建议为“预计消防泵流量未来可能增大,请观察流量变化情况”;

若长期关键影响参数为

Figure BDA0002300278850000141

则提示的相应建议为“预计消防泵水温未来可能升高,请观察水温变化情况”。

如图3所示,一种消防泵汽蚀监控装置,包括输入模块、采集模块、存储模块、运算模块、控制模块和人机交互模块:

所述输入模块、采集模块、运算模块、控制模块和人机交互模块均与存储模块电性连接。

输入模块用于输入水的温度T-汽化压力Pv曲线和消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线各自对应的数据表格以及消防泵吸入口法兰公称直径Di

采集模块由置于消防泵吸入口的压力传感器、置于消防泵出口管道的流量传感器和置于消防泵入口管道内且没入水中的温度传感器组成,压力传感器、流量传感器和温度传感器分别用于按照固定的时间间隔实时采集消防泵的吸入口压力值Pi,出口管道通过的流量Q,使用入口管道内的水的温度T。

存储模块存储输入模块、采集模块、运算模块、控制模块和人机交互模块提供的数据,并根据需要将相关数据传输至运算模块、控制模块和人机交互模块。

运算模块用于数据的处理和计算,与采集模块的传感器信号采集实时同步地进行消防泵有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI、短期预测值(NPSH)aII、长期预测值(NPSH)aIII和当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI的计算与比较,并视情况判别关键影响参数,最后输出运算结果至控制模块和人机交互模块。

控制模块用于接收运算模块输出的指令结果,通过减小消防泵出口阀门开度实现消防泵通过流量的降低,进而升高消防泵有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI或有效汽蚀余量的短期预测值(NPSH)aII

人机交互模块用于接收运算模块输出的结果,输出提示及相应建议,在输出“可能即将汽蚀”提示的情况下,人机交互模块还用于询问用户是否同意作出自动干预并返回用户是否同意的指令。

实施例

某消防泵,额定流量120m3/h,额定扬程56m,额定转速2900r/min。查阅基础资料,获取水的温度T-汽化压力Pv曲线,并根据水的温度T-汽化压力Pv曲线获得水的温度T和汽化压力Pv对应的多组数据,制成表格见表1,并存储,查阅该消防泵产品技术规格资料,获取消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线,并根据消防泵流量Q-必需汽蚀余量(NPSH)r曲线获得消防泵流量Q和必需汽蚀余量(NPSH)r对应的多组数据,制成表格见表2,并存储。获得消防泵吸入口法兰公称直径Di为150mm,求得消防泵吸入口面积Si为0.0177m2

表1水的温度-汽化压力表

Figure BDA0002300278850000151

Figure BDA0002300278850000161

表2消防泵的流量-必需汽蚀余量表

Figure BDA0002300278850000162

某日,使用该消防泵进行消防演习,消防泵从某储水池取水。按照固定的30秒时间间隔,使用压力传感器实时采集消防泵的吸入口压力值Pi,使用流量传感器实时采集消防泵出口管道通过的流量Q,使用温度传感器实时采集消防泵入口管道内的水的温度T,并将以上三种类型的采集结果以时间序列方式存储。

消防泵运行至9:14:30时,以9:14:30为当前时刻,往前倒推29个采集时间间隔,得到共计30个时间间隔的数据采集结果,见表3。

表3消防泵运行过程的数据采集表

Figure BDA0002300278850000171

由表3可以发现当前时刻(9:14:30),消防泵的吸入口压力当前值、流量当前值和水温当前值分别为66738Pa、142m3/h和30℃,由流量当前值除以吸入口面积得到吸入口速度当前值为2.23m/s,由水温当前值通过表1查得水的汽化压力当前值为4242.24Pa。因此,计算得到消防泵有效汽蚀余量当前值(NPSH)aI为:

Figure BDA0002300278850000172

由流量当前值通过表2查得消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI为6.6m。

基于表3,针对消防泵吸入口压力值Pi时间序列、流量Q时间序列和水的温度T时间序列,提取各自包含当前值在内的最近5个采集值(对应的时间为9:12:30至9:14:30),并按时间先后顺序组成各自的短期历史序列。以消防泵吸入口压力值Pi为例,其短期历史序列为[66640,66637,66934,66802,66738],由此计算得到消防泵吸入口压力短期预测值PiII为:

Figure BDA0002300278850000181

类似地,计算得到流量短期预测值QII和水温短期预测值TII分别139.9m3/h和29.9℃,即吸入口速度短期预测值viII为2.20m/s,由水温短期预测值TII通过表1查得水的汽化压力短期预测值PVII为4242.24Pa。因此,计算得到消防泵有效汽蚀余量短期预测值(NPSH)aII为:

基于表3,针对消防泵吸入口压力值Pi时间序列、流量Q时间序列和水的温度T时间序列,提取各自包含当前值在内的最近30个采集值(对应的时间为9:00:00至9:14:30),并按时间先后顺序组成各自的长期历史序列。将长期历史序列平均分为前半部分和后半部分两个部分,且这两个部分中的数值维持原来的顺序不变。以消防泵吸入口压力值Pi为例,其前半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000183

和后半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000184

分别为70051Pa和67228Pa,故其长期预测值PiIII=2*67228-70051=64405Pa。

类似地,计算得到流量长期预测值QIII和水温长期预测值TIII分别137.8m3/h和30.3℃,其中流量和水温的长期历史序列的前半部分算术平均值

Figure BDA0002300278850000186

分别为140.7m3/h和29.3℃。即吸入口速度长期预测值viIII为2.16m/s,由水温长期预测值TIII通过表1查得水的汽化压力长期预测值PVIII为4242.24Pa。因此,计算得到消防泵有效汽蚀余量长期预测值(NPSH)aIII为:

Figure BDA0002300278850000187

分别将有效汽蚀余量的当前值(NPSH)aI、消防泵有效汽蚀余量的短期预测值(NPSH)aII、消防泵有效汽蚀余量的长期预测值(NPSH)aIII与消防泵当前的必需汽蚀余量值(NPSH)rI进行大小比较,可以发现(NPSH)aI>(NPSH)rI,(NPSH)aII>(NPSH)rI,(NPSH)aIII≤(NPSH)rI,故执行步骤4.3,输出“未来可能汽蚀”提示。

为了进一步给出“未来可能汽蚀”提示的相应建议,进行长期关键影响参数的判断。计算得到特征值B为:

Figure BDA0002300278850000191

故长期关键影响参数为消防泵吸入口压力。亦即从长期趋势来看,消防泵吸入口压力具有较大的降低趋势,流量具有降低趋势,水温具有较小的上升趋势,这三方面的因素此消彼长后导致消防泵的有效汽蚀余量整体具有降低趋势,而其关键影响因素则在于吸入口压力。因此,给出提示的相应建议为“预计消防泵吸入口压力未来可能降低,请观察取水处水位变化及取水口堵塞情况”。

根据以上提示和建议,消防泵操作人员至为消防泵供水的储水池处进行检查,发现消防泵运行过程中不断从储水池取水,储水池的水位不断降低,使得消防泵吸入口压力呈现下降趋势,进而带来未来发生汽蚀的风险。操作人员立即对储水池进行补水操作,使其水位恢复正常和稳定状态,此后消防泵的汽蚀风险解除。

本发明提供的消防泵汽蚀监控方法,同时考虑到了影响消防泵有效汽蚀余量的吸入口压力、流量和水温这三方面的因素,运用时间序列预测工具分别计算获得消防泵的有效汽蚀余量的当前值、短期预测值和长期预测值并各自与消防泵的必需汽蚀余量相比较,进而有效判断出消防泵当前是否发生汽蚀以及未来短期内和长期内的汽蚀发生的可能性。这种方法客观科学、考虑因素全面,实现了调控和预防的有机结合,能最大限度地减少消防泵运行过程中的汽蚀风险。此外,还设计了趋势分析工具,当消防泵运行过程中,未来短期和长期可能发生汽蚀的情况下,对历史数据的趋势进行分析,寻找关键影响因素并给出针对性的建议,这能够有效指导现场操作人员的预防和排障操作。因此,本实例提供的消防泵汽蚀监控方法和监控装置,具有稳定可靠、逻辑清晰、经济适用和用户友好等优点,与现有的消防泵汽蚀监控技术相比具有显著优势。

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