[实用新型]基于声发射技术检测离心泵小流量工况不稳定流动的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于声发射技术检测离心泵小流量工况不稳定流动的装置，特别是涉及一种检测离心泵空化状态及其故障运行的装置。

背景技术

离心泵广泛应用于航空航天，石油、化工、水利等重要的国民经济领域，具有结构简单、性能可靠和维修方便等优点。高速运转的离心泵在小流量，特别低进口压力工况下运行时，离心泵进口容易产生回流，回流漩涡中心的压力极低，并容易在吸水管路中出现低压区，而低压区会导致空化产生，泵的进口处会有周期性的空泡出现，正是由于空泡体积的不断变化，才改变了管路内流体的连续性，致使水泵流量不稳定，经常会出现与空泡相关的压力和流量脉动，严重时会诱发强烈的机械振动，消耗能量，从而降低离心泵的运行可靠性和工作性能。这类脉动通常伴随有噪音，有时甚至会引起水泵管道系统的共振，影响供水系统的安全运行。因此这种现象日益受到人们的关注。近年来，高频率的应用声发射(AE)技术在监测旋转机械状态一直在增长。与AE工作范围相关的典型频率是从20kHz到1MHz。识别空化的目前存在最常用的方法仍是基于观察扬程下降3%，其他检测泵故障诊断方法如振动分析和水听器观察已经存在，而声发射AE在这个方面的应用仍处于初级阶段。此外，关于AE应用于泵健康运行和空化监测的国内外文献较有限。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于声发射技术检测离心泵小流量工况内部不稳定流动特性的诊断装置，便于监测与有效避免离心泵在小流量工况下产生的回流，空化等流动不稳定性容易引起的离心泵工作不稳定，性能差等上述诸多问题，掌握离心泵小流量工况下的流动规律。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体技术方案如下：

基于声发射技术检测离心泵小流量工况不稳定流动的装置，由离心泵系统(1)、基于声发射技术和离心泵进出口管道流体引起的不稳定压强配置成的信号处理模块(2)、一个包含与所述离心泵小流量工况不稳定流动性能诊断相关的信号输出单元(3)组成；所述的离心泵系统(1)与信号处理模块(2)、信号输出单元(3)依次连接在一起；其特征在于：

所述离心泵系统(1)包含泵体和叶轮，并且将泵体和叶轮耦合到具有相同管径的入口管道和出口管道中；

所述的信号输出单元(3)包括诊断单元(15)；所述的诊断单元(15)包含离心泵不同流量下运行的标准扬程和效率参考模块，以及非空化状态泵频率参考模块；

所述信号处理模块(2)包括声发射信号采集单元(4)、用于检测水泵进口管道和泵出口管道的不稳定压强的两个压力传感器(5)、分别与声发射信号采集单元(4)和两个压力传感器(5)连接的数据采集单元(6)、与所述的数据采集单元(6)相连接的信号特征提取单元(7)、基于进口管道和出口管道压力差获得的水泵扬程的扬程计算单元(8)以及基于所述离心泵系统(1)的电动机提供的功率来监控泵效率的效率监控单元(9)；所述的两个压力传感器(5)安装高度相同，即到泵的基准面的垂直距离相同；

所述声发射信号采集单元(4)含有至少三个声发射传感器(10)；且多个声发射传感器获取的声发射信号连接至与数据采集单元(4)相连接的前置放大器(11)；所述的至少三个以上的声发射传感器(7)分别粘附固定于离心泵系统(1)中的进口管道上、离心泵出口管道上以及泵体上；

所述数据采集单元(6)包括用于对输入信号的信号采样单元(12)、用于将输入的模拟信号转换为数字信号的模数转换单元(13)以及数字滤波器(14)；所述的数字滤波器(14)分别与信号特征提取单元(7)、扬程计算单元(8)以及效率监控单元(9)连接；所述信号采样单元(12)的输入端分别与声发射信号采集单元(4)、压力传感器(5)相连，输出端通过数字滤波器(14)与诊断单元(15)连接；

所述的特征提取单元(7)采用FFT技术获取声发射信号的中心频率并可签名跟踪特征泵频率。特征提取单元的输出端(7)与所述的诊断单元(15)连接，所述的诊断单元(15)基于签名特征泵频率中的频率和幅值的变化来确定离心泵的不稳定流动特性，并输出诊断结果；

所述的扬程计算单元(8)以及效率监控单元(9)通过压力传感器的输出的两路水压信号计算出离心泵的扬程及效率，并输出至诊断单元(15)。

所述的信号处理模块(2)的进出口管道不稳定压强信号是由离心泵在小流量工况下其叶轮进口出现的二次流动，即回流引起的。

所述的进出口管道不稳定压强信号和声发射信号是由离心泵在小流量工况下空化发生所产生小空泡破裂引起的。