CN110259700A - 一种泵的性能评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泵的性能评估方法，该方法采集泵在关停过程中与泵连接的电机轴承的振动加速度信号，提取振动加速度信号中瞬态冲击数据，以自由衰减振动力学模型为依据，对瞬态冲击数据进行非线性数据拟合，得到最优冲击响应参数，以最优冲击响应参数的大小评估泵的性能；提取出能够表达泵在瞬态工况下性能的数据，能够更加准确、更加全面的给出泵在关停过程中的状态信息，并将该状态信息用于泵的性能评估，评估更加准确；尤其是在多个泵的开停切换过程中，经过上述方法的监测和分析，能够给设备维护人员提供及时的、准确的性能评估结果。

Description

一种泵的性能评估方法
技术领域
本发明涉及一种泵的性能评估方法。
背景技术
换流站是直流输电系统中安全稳定且高质量的完成直流电和交流电转变的站点，是特高压直流输电工程的重要节点。在换流站中，设备之间的关系联系密切，设备运行负荷大，其中冷却系统是保证换流站各设备的安全可靠运行的关键因素。换流站冷却系统中的动力系统一般两台主循环泵组成，这两台主循环泵互为备用，即两台主循环泵以非工作贮备模型的旁联模型提供安全保证。两台主循环泵中的工作主循环泵发生故障时，转换控制装置将即时切换启动另一台非工作备用的主循环泵。除此之外，两台主循环泵仍然定期切换，转换工作状态和非工作备用的角色。在两台主循环泵切换过程中，主循环泵的电机、水泵均产生巨大的振动和噪音等冲击，这种巨大的冲击容易对主循环泵系统中电机和水泵的对中性等工作性能产生重要影响。
目前对主循环泵系统的性能评估主要集中于稳态运行工况分析，采集稳定工作状态的主循环泵的振动加速度、计算其有效值等数据进行性能评估。这种评估方法没有考虑主循环泵在关停、启动过程中的性能表现，也不能体现切换过程对主循环泵的影响，不利于主循环泵的监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种泵的性能评估方法，用以解决现有技术对泵的监测及分析不全面导致性能评估不准确的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种泵的性能评估方法，包括以下步骤：
1)采集泵在关停过程中与泵连接的电机轴承的振动加速度信号，提取振动加速度信号中瞬态冲击数据，瞬态冲击数据为以振动加速度最大值为起点及其后连续N个数据点的加速度值构成的时域幅值序列和以振动加速度最大值为时间零点及其后N个数据点对应的时间构成的时间序列；
2)以自由衰减振动力学模型为依据，对瞬态冲击数据进行非线性数据拟合，得到最优冲击响应参数，以最优冲击响应参数的大小评估泵的性能，其中，最优冲击响应参数包括振幅和/或相对阻尼系数。
有益效果是，本发明通过检测泵在关停过程中的振动加速度，并提取出能够表达泵在瞬态工况下性能的数据，能够更加准确、更加全面的给出泵在关停过程中的状态信息，并将该状态信息用于泵的性能评估，评估更加准确；尤其是在多个泵的开停切换过程中，经过上述方法的监测和分析，能够给设备维护人员提供及时的、准确的性能评估结果。
进一步地，为了避免安全事故的发生，严格的要求泵的性能，当振幅大于设定振幅阈值时，判定为性能不良；或者当相对阻尼系数大于设定系数阈值时，判定为性能不良。
进一步地，为了简单实现拟合，非线性数据拟合的方法为最小二乘法。
附图说明
图1是本发明的主循环泵振动加速度信号检测点的示意图；
图2是本发明的一种主循环泵的性能评估方法的流程图；
图3是本发明的处于正在关停状态的性能良好组的主循环泵电机轴承水平方向振动加速度信号时域波形图；
图4是本发明的处于正在关停状态的性能下降组的主循环泵电机轴承水平方向振动加速度信号时域波形图；
图5是本发明的性能良好组的电机轴承水平方向振动加速度信号的拟合函数波形图；
图6是本发明的性能下降组的电机轴承水平方向振动加速度信号的拟合函数波形图；
图中，1为电机，2为联轴器，3为离心水泵，4为加速度计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种泵的性能评估装置，包括控制器与加速度计，其中，加速度计用于检测与泵连接的电机轴承的振动加速度，该振动加速度包括泵的电机轴承的水平方向的振动加速度，加速度计可以设置在泵的电机轴承座上，若没有电机轴承座，也可以将加速度计直接设置于电机上，使其能够至少检测到电机轴承的水平方向振动加速度即可。
如图1所示，本发明的性能评估装置可用于以带有两个主循环泵的水循环系统，主循环泵由一个电机1通过联轴器2驱动离心水泵3，电机轴装有滚动轴承。两个离心水泵的电机上均设置有加速度计4。两台主循环泵中的工作的主循环泵发生故障时，转换控制装置将即时切换启动另一台主循环泵。除发生故障主循环泵转换外，两台主循环泵也定期切换，相互转换工作状态。
控制器的输入端连接两个加速度计，用于获取振动加速度信号，并根据该振动加速度信号进行相应处理，得到性能评估结果；具体的处理过程为本发明提供的一种泵的性能评估方法，具体如下。
本发明提供一种泵的性能评估方法，如图2所示，以带有两个主循环泵的水循环系统为例，在主循环泵系统即将开始切换时，也就是一个主循环泵关停，另一个主循环泵启动时，进行以下步骤：
1)采集包含整个关停过程的主循环泵的电机轴承的水平方向振动加速度信号。
得到的振动加速度信号包括振动加速度值以及与其对应的时间，其中，假设振动加速度值构成信号时域幅值序列[sri](i＝1,2,...,NR)，对应的时间构成信号时间序列[tri](i＝1,2,...,NR)，其中NR为采样点数。
2)提取振动加速度信号中瞬态冲击数据。
冲击信号即为作用时间短，瞬间物理量值极大的信号，所以在监测泵关停的振动加速度信号中，信号中的最大值必然是瞬态冲击响应，故选择振动加速度信号中最大值作为起点；在信号时域幅值序列[sri]和信号时间序列[tri]取出瞬态冲击的数据序列，即寻找[sri](i＝1,2,...,NR)的最大值点，并以最大值点为起点，取出其后的N个数据点组成瞬态冲击的信号时域幅值序列[si](i＝1,2,...,N)，取出同样位置对应的信号时间序列并以起点为时间零点，得[ti](i＝1,2,...,N)。
3)以自由衰减振动力学模型为依据，对瞬态冲击数据进行非线性数据拟合，得到最优冲击响应参数。
其中，本发明采用单自由度系统有阻尼的自由衰减振动力学模型为依据，该模型的通解[ti]、[si]分别作为自变量和因变量，使用最小二乘法进行非线性数据拟合，求得最优冲击响应参数，冲击响应参数包括：A为振幅，n为衰减系数，p为固有圆频率，α为初相位表征选取振动加速度信号的时间点；ξ是相对阻尼系数，由ξ＝n/p进行计算得到。
该最优冲击响应参数可以只包括振幅，也可以只包括相对阻尼系数，还可以既包括振幅又包括相对阻尼系数；可根据监测的严谨程度进行人为设定。
当然，非线性数据拟合的方法不只有最小二乘法，还可以采用其他现有技术手段，例如最大似然法和矩估计法等。
4)以最优冲击响应参数的大小评估泵的性能。
根据主循环泵运行历史数据设置性能评估阈值，其中，评估阈值包括设定振幅阈值和设定系数阈值，|A|是振幅的绝对值，设定振幅阈值为0.6m/s2，当超过该阈值时表示性能不良；设定系数阈值为0.4，相对阻尼系数超过该阈值时表示性能不良。如果对主循环泵的监测的严谨程度要求较高，当振幅和相对阻尼系数均小于对应阈值时判定主循环泵性能良好。
本发明给出一组实验数据以验证本发明的主循环泵的性能评估方法，其中，本发明中采样频率为10240Hz，瞬态冲击数据序列中N为1742；两台主循环泵，其中一台为性能良好，一台为性能不良，如图3所示，为本发明的处于正在关停状态的性能良好组的主循环泵电机轴承水平方向振动加速度信号时域波形图，纵坐标为振动加速度幅值，横坐标为时间；如图4所示，为本发明的处于正在关停状态的性能下降组的主循环泵电机轴承水平方向振动加速度信号时域波形图。
通过本发明以自由衰减振动力学模型为依据，通过最小二乘法对瞬态冲击数据进行非线性数据拟合，得到相应的拟合曲线，如图5所示，颜色较深的曲线，也就是毛边较少的曲线，为本发明的性能良好组的电机轴承水平方向振动加速度信号的拟合函数波形图；如图6所示，颜色较深的曲线，也就是毛边较少的曲线，为本发明的性能下降组的电机轴承水平方向振动加速度信号的拟合函数波形图。
图5中，拟合函数的最优冲击响应参数为：振幅|A|＝0.4495，衰减系数n＝4.4603，固有圆频率p＝212.0850，初相位α＝2.2772，求得ξ＝0.0210；图6中，拟合函数的最优冲击响应参数为：振幅|A|＝0.7055，衰减系数n＝12.3406，固有圆频率p＝215.4289，初相位α＝1.4992，求得ξ＝0.0573。与本发明的性能评估指标：|A|不超过0.6m/s2，同时ξ不超过0.4，可以判断两台主循环泵的性能，与实际情况一致。
上述方法不仅适用于循环泵和主循环泵，还可用于普通的泵体，例如，油泵、气泵等。
本发明避免了传统稳态运行工况性能分析和评估的滞后性等缺点，在换流站的状态监测与故障诊断分析中，可以有效监测切换过程中的主循环泵，以切换时冲击工况下的主循环泵中的冲击响应参数为依据，提供给设备维护人员及时的主循环泵性能评估。

Claims (3)

1.一种泵的性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集泵在关停过程中与泵连接的电机轴承的振动加速度信号，提取振动加速度信号中瞬态冲击数据，瞬态冲击数据为以振动加速度最大值为起点及其后连续N个数据点的加速度值构成的时域幅值序列和以振动加速度最大值为时间零点及其后N个数据点对应的时间构成的时间序列；
2)以自由衰减振动力学模型为依据，对瞬态冲击数据进行非线性数据拟合，得到最优冲击响应参数，以最优冲击响应参数的大小评估泵的性能，其中，最优冲击响应参数包括振幅和/或相对阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的泵的性能评估方法，其特征在于，当振幅大于设定振幅阈值时，判定为性能不良；或者当相对阻尼系数大于设定系数阈值时，判定为性能不良。
3.根据权利要求1或2所述的泵的性能评估方法，其特征在于，非线性数据拟合的方法为最小二乘法。
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