[发明专利]一种检测消防水泵在快速启动过程中瞬态故障的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种检测消防水泵在快速启动过程中瞬态故障的方法，具体是指当消防水泵快速启动时，利用测量传感器和数据采集卡，得到泵机启动过程中转速、流量等随时间变化的信号数据，计算消防水泵的瞬时扬程和效率，且利用HHT方法对压力、瞬态扬程、效率、转速及非平稳振动信号进行处理，得到能表征消防水泵运行状态的特征参数，如瞬时频率和幅值谱等，将提取的特征量输入到RBF神经网络进行故障诊断，分析消防水泵启动过程中各个物理量的变化特点，从而揭示出消防水泵在运行状态变化过程中的瞬态特性，并进行故障诊断。

背景技术

消防水泵基本上长时间在稳定转速下运行，对应的工况也相对较为稳定。在稳定运行工况下，消防水泵运行转速、工况或负载基本不变或者变化非常缓慢，因此其内部的输送水基本上不存在由于叶轮转速变化所产生的旋转加速度和内部流动加速度，对水输送性能和内部流动特性的研究也主要集中在稳定工况下开展的，并取得了巨大的成果。

随着工程领域需要的不断发展和系统复杂程度的不断提高，对消防水泵在瞬态操作过程中的输送性能提出了更高的要求，并逐步受到研究人员的关注。消防水泵启动过程内部瞬态流动是一类边界运动引起的非定常流动，在瞬态操作过程中，转速、流量、压力、振动等各个性能参数在短时间内发生剧烈的变化，即消防水泵的工况状态在短时间内发生剧烈的变化。在这些瞬态操作过程中，叶轮转速变化所产生的旋转加速度或者流动加速度是必然存在的，这些加速度的存在势必会产生一定程度的瞬态效应。特别是当消防水泵中存在局部故障时会发生瞬态振动，在转速恒定的情况下，瞬态特征是等周期的，然而在变转速下即启动等变工况过程中，其瞬态特征将不再是等周期的，表现为非平稳特性，而是和转速有关。

大型泵机的启动可靠性是泵站安全运行的重要内容，因此，分析研究泵站机组的启动过程，对确保泵站安全可靠运行具有重要意义。大型泵机组的突然启动可能会对局部电网引起超负荷或电流冲击，对负载设备造成损坏，甚至烧毁。同时、启动过程中往往伴随着巨大的压力脉动和冲击，容易引起机组设备和管道的破坏。有的泵机的启动过程只有短短的几秒钟，甚至更短，是一个转速迅速变化的典型变工况过程，在这个过程中，运行流量从零迅速上升到额定值，除了不可避免的出现输送瞬态特性外，转子动力学问题也非常突出，由于转速很高，可达几万转每分钟，使的启动期间振动变化相当强烈，具有丰富的动力学特性，一些在平稳运行中不能得到反映的故障征兆在这里却能突出地表现出来。

因此，研究消防水泵的瞬态特性是非常有必要的，根据消防水泵的性能参数流量、扬程、效率、振动、温度等来描述泵的运行状态，对采集的信号进行时频域分析处理，检测出消防水泵在快速启动过程中的瞬态故障。

发明内容

本发明主要是通过建立由泵机、管路、消防水箱组成的封闭系统，针对泵机安装振动、转速、压力、流量传感器，在消防水泵在快速启动的短暂过程中，利用数据采集卡采集各传感器的数据实时传输到上位机，计算消防水泵扬程和泵机效率，对消防水泵进出水压力、瞬态扬程、效率、转速及振动信号进行HHT时频变换，利用RBF神经网络进行故障检测，分析各物理信号时频的特征，对消防水泵在快速转变工况时的瞬态性能进行检测。

本发明的特征可以由以下技术步骤表明：

步骤一：建立包含消防水泵在内的封闭循环管路，在消防水泵基座安装振动传感器、转轴上安装转速扭矩传感器、消防水泵的进出口安装压力传感器、消防水泵出口安装流量传感器，建立消防水泵控制的试验平台。

步骤二：设置数据采集卡的采样频率，对各个传感器进行同步数据采集，获取消防水泵在启动过程中进出水压力、管道流量、泵机振动、温度等信号，且通过数据传输网络实时上传到上位机，进行时域分析处理，获得信号幅值等信息。

步骤三：根据消防水泵快速启动时的固有机械特性和流体力学等知识，计算消防水泵瞬时扬程