CN113417868B - 一种全感知水泵、泵轴间隙测量方法及水泵监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全感知水泵、泵轴间隙测量方法及水泵监测系统，涉及人工智能技术领域。该全感知水泵包括泵轴，以及设置在所述泵轴一端的多个叶片，每个所述叶片上设置有多个限位凹槽，多个所述限位凹槽分别位于每个所述叶片的进水侧和出水侧，所述全感知水泵还包括压力传感器，所述压力传感器一一对应的设置于每个所述限位凹槽内，且所述压力传感器的感应面与所述叶片表面平齐，多个所述压力传感器分别与控制器电连接，以传输检测到的压力信号。能够实时监测水泵的运行状态，提升水泵监测的智能化。

Description

一种全感知水泵、泵轴间隙测量方法及水泵监测系统

技术领域

本申请涉及人工智能技术领域，具体而言，涉及一种全感知水泵、泵轴间隙测量方法及水泵监测系统。

背景技术

大型泵站通常承担着城市排涝、农业灌溉、生态补水、跨流域调水等社会公益性功能，对于促进国民经济快速、健康发展具有重要意义。在大型泵站中，主水泵是核心设备，也是关键设备，是工程安全运行的重要风险点。因此，实时监测水泵的运行状态，及时提前发出越限预警，预测使用寿命，对于保证安全运行非常重要。

现有技术中，由于主水泵通常在水下较深的水位，人工检测主水泵的运行状态比较困难，往往会导致主水泵的叶片受力增大导致压片变形弯折，影响主水泵的正常使用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种全感知水泵、泵轴间隙测量方法及水泵监测系统，能够实时监测水泵的运行状态，提升水泵监测的智能化。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例的一方面，提供一种全感知水泵，包括泵轴，以及设置在所述泵轴一端的多个叶片，每个所述叶片上设置有多个限位凹槽，多个所述限位凹槽分别位于每个所述叶片的进水侧和出水侧，所述全感知水泵还包括压力传感器，所述压力传感器一一对应的设置于每个所述限位凹槽内，且所述压力传感器的感应面与所述叶片表面平齐，多个所述压力传感器分别与控制器电连接，以传输检测到的压力信号。

可选地，所述泵轴为空心轴，所述泵轴远离所述叶片的一端设置有与所述控制器电连接的碳刷，所述叶片上设置有分别与所述限位凹槽和所述泵轴连通的过孔，所述压力传感器通过穿设于所述过孔的信号线与所述碳刷连接。

可选地，所述压力传感器包括无线通信组件，所述压力传感器通过所述无线通信组件与所述控制器电连接。

可选地，所述全感知水泵还包括水导轴承，所述泵轴穿设于所述水导轴承且与所述水导轴承转动连接，所述水导轴承内圈圆周阵列设置有多个水导轴瓦，所述水导轴瓦与所述泵轴抵持，所述水导轴瓦内设置有间隙检测组件，所述间隙检测组件与所述控制器电连接，用于监测所述水导轴瓦与所述泵轴之间的间隙。

可选地，所述间隙检测组件包括沿所述水导轴承的径向设置的多个电阻，且多个所述电阻沿所述泵轴的径向间隔设置，多个所述电阻之间并联连接。

可选地，径向相邻所述电阻之间的距离为100μm-300μm。

可选地，所述叶片式水泵还包括填料箱，所述泵轴设置有叶片的一端与所述填料箱密封转动连接，所述填料箱处设置有分别与所述控制器连接的第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器用于监测所述泵轴的径向窜动，且所述第一位移传感器和所述第二位移传感器的监测方向在所述泵轴的径向平面内相互垂直。

可选地，所述水导轴承上设置有与所述控制器连接的第一振动传感器、第二振动传感器和第三振动传感器，其中，所述第一振动传感器的振动检测方向朝向所述泵轴的轴向，且所述第一振动传感器、所述第二振动传感器和所述第三振动传感器的检测方向相互垂直。

本申请实施例的另一方面，提供一种水泵监测系统，包括控制终端，以及如上所述任意一项所述的全感知水泵，其中，所述控制终端与控制器通信连接。

本申请实施例的再一方面，提供一种泵轴间隙测量方法，应用于上述的全感知水泵，间隙检测组件包括沿所述水导轴承的径向设置的多个电阻，多个所述电阻之间并联连接时，所述方法包括：

获取所述间隙检测组件输出的实时电流信号，并将所述实时电流信号与初始电流信号对比；

若所述实时电流信号与所述初始电流信号相等，则所述泵轴间隙为预设间隙；

若所述实时电流信号小于所述初始电流信号，则所述泵轴间隙为相邻所述电阻间的预设距离与所述预设间隙之和。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的全感知水泵，通过在泵轴的一端设置多个叶片，以便于对泵体内的水提供所需的动力，在泵轴带动叶片转动过程中，可以通过设置在叶片上的压力传感器实时监测叶片压力承受情况。全感知水泵在运行过程中，通过在叶片的进水侧和出水侧分别设置多个压力传感器，以采集不同部分的压力状态，以全方位的感知叶片的运行状态。采用上述方式，有利于通过控制器直接监测全感知水泵内部运行状况的问题，有效实时、全面感知当前运行状况，提升水泵监测的智能化，从未判断全感知水泵健康状态，实现全感知水泵的智能化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的全感知水泵的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的全感知水泵电连接的示意图；

图3为本申请实施例提供的水导轴瓦的结构示意图之一；

图4为本申请实施例提供的水导轴瓦的结构示意图之二；

图5为本申请实施例提供的间隙检测组件的等效结构示意图；

图6为本申请实施例提供的弧形垫块与电阻的位置关系位置图；

图7为本申请实施例提供的泵轴与水导轴瓦之间的间隙检测方法流程图。

图标：100-全感知水泵；105-控制器；110-泵轴；112-第一位移传感器；114-第二位移传感器；120-叶片；122-进水侧；124-出水侧；130-压力传感器；140-水导轴承；142-水导轴瓦；144-第一振动传感器；146-第二振动传感器；148-第三振动传感器；150-间隙检测组件；152-电阻。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在大型泵站中，主水泵是核心设备，也是关键设备，是工程安全运行的重要风险点。因此，实时监测水泵的运行状态，及时提前发出越限预警，预测使用寿命，对于保证安全运行非常重要。现有技术中，对水泵进行监测检查时，通常需要关闭下游检修闸门、出口断流设备、排空流道内积水，打开水泵检修进人孔后人工检查方式进行，不仅耗费物力、财力和时间，检查的时效性比较滞后，还存在一定安全隐患。针对上述问题，本申请实施例特提供以下技术方案，以实时监测水泵的运行状态，提升水泵监测的智能化水平。

请参照图1和图2，本实施例提供一种全感知水泵100，包括泵轴110，以及设置在泵轴110一端的多个叶片120，每个叶片120上设置有多个限位凹槽，多个限位凹槽分别位于每个叶片120的进水侧122和出水侧124，全感知水泵100还包括压力传感器130，压力传感器130一一对应的设置于每个限位凹槽内，且压力传感器130的感应面与叶片120表面平齐，多个压力传感器130分别与控制器105电连接，以传输检测到的压力信号，其中控制器105可采用智能测控单元(I nte l l i gent E l ectron i c Dev i ce，I ED)来进行数据的采集。

具体的，通过泵轴110，以及设置在泵轴110一端的多个叶片120，在叶片120转动时，为泵体内的液体增压，起到动力传递的目的。全感知水泵100的叶片120在运行过程中，除了承担水在叶片120上的反作用力外，还承担着不可避免的汽蚀振动压力、过水断面的紊流冲击压力等，这些压力均集中作用在水泵叶片120和转轮室，因此叶片120是全感知水泵100的故障高风险区域，对叶片120处的压力进行实时感知也是比较必要的环节。其中，本申请实施例对叶片120的个数不做具体限制，示例的，叶片120的个数可设置为3个、4个或5个等，只要能够保证所需的动力即可。

通过在每个叶片120上分别设置多个限位凹槽，以便于将压力传感器130嵌设于限位凹槽内，从而使叶片120与压力传感器130稳定的连接，以提升使用时的稳定性。通过将压力传感器130的感应面与叶片120平齐，在叶片120转动时，有利于叶片120表面更加平滑，减少阻力，并且减小水流对压力传感器130的冲击。

通过将压力传感器130分布于叶片120的进水侧122和出水侧124，有利于对叶片120进行全方位的监测。需要说明的是，本申请实施例对压力传感器130设置的个数不做具体限制，示例的，可以在叶片120的进水侧122和出水侧124分别设置三个，也可以根据需要在设置四个。另外，也可以根据叶片120的大小进行更多个或者更少数量的设置形式，只要能够对叶片120进行全方位监测即可。

本申请实施例提供的全感知水泵100，通过在泵轴110的一端设置多个叶片120，以便于对泵体内的水提供所需的动力，在泵轴110带动叶片120转动过程中，可以通过设置在叶片120上的压力传感器130实时监测叶片120压力承受情况。全感知水泵100在运行过程中，通过在叶片120的进水侧122和出水侧124分别设置多个压力传感器130，以采集不同部分的压力状态，以全方位的感知叶片120的运行状态。采用上述方式，有利于通过控制器105直接监测全感知水泵100内部运行状况的问题，有效实时、全面感知当前运行状况，提升水泵监测的智能化，从未判断全感知水泵100健康状态，实现全感知水泵100的智能化管理。

在本申请的可选实施例中，泵轴110为空心轴，泵轴110远离叶片120的一端设置有与控制器105电连接的碳刷，叶片120上设置有分别与限位凹槽和所述泵轴110连通的过孔，压力传感器130通过穿设于过孔的信号线与碳刷连接。

具体的，通过在叶片120上设置分别与限位凹槽和泵轴110连通的过孔，有利于在压力传感器130采用信号线连接时，使信号线通过叶片120连接于泵轴110内，通过在泵轴110远离叶片120的一端设置与控制器105连接的碳刷，旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，采用上述形式，有利于将压力传感器130处的信号依次通过信号线和碳刷传递至控制器105处。由于多个压力传感器130分别通过碳刷与控制器105连接，控制器105接收多个压力传感器130的压力信号，当有压力信号超出设置的阈值时，可通过控制器105进行报警或进行对应的操作，如降低泵轴110的转速等。

在本申请的可选实施例中，压力传感器130包括无线通信组件，压力传感器130通过无线通信组件与控制器105电连接。这样一来，可以无需借助前述实施例中碳刷和信号线的形式进行电连接，在保证实时监测叶片120状态的同时，有利于简化连接形式。

在本申请的可选实施例中，如图3、图4和图5所示，全感知水泵100还包括水导轴承140，泵轴110穿设于水导轴承140且与水导轴承140转动连接，水导轴承140内圈圆周阵列设置有多个水导轴瓦142，水导轴瓦142与泵轴110抵持，水导轴瓦142内设置有间隙检测组件150，间隙检测组件150与控制器105电连接，用于监测水导轴承140与泵轴110之间的间隙。

具体的，水导轴承140又称“滑动轴承”。例如用铜制作的滑动轴承，通过铜瓦摩擦面上面的油槽润滑，起到与滚珠轴承类似的“支承”作用，减少轴的摩擦力。在实际的使用过程中，为了保证泵轴110与水导轴承140之间的间隙，提升全感知水泵100使用时的稳定性，通过在水导轴承140内圈圆周阵列设置多个水导轴瓦142，以使水导轴瓦142与泵轴110之间更好的配合，保证传动的平稳性。在泵轴110运行过程中，随着水泵运行时间延长以及河道水质影响，水导轴承140磨损不可避免，将导致与泵轴110间隙逐步变大超标，直接体现在水泵轴110摆度变大，由于叶片120与转轮室之间的间隙一般在3mm-5mm，最大的隐患就是导致叶片120碰壳，设备损坏。常规形式中，为了测量泵轴110与水导轴承140之间的间隙，需要在全感知水泵100停机期间，人工采用塞尺的形式进行测量，费时费力。采用本申请实施例的形式，可直接通过间隙检测组件150获取水导水导轴承140与泵轴110之间的间隙，解决了传统人工检测难题。另外，在采用间隙检测组件150进行测量时，也可采用有线或无线的形式进行传输。

需要说明的是，在本申请实施例中，对水导轴瓦142的个数不做具体限制，示例的，水导轴瓦142可设置为6个，也可设置为7个或8个。在实际的设置形式中，可以在每个水导轴瓦142内分别设置间隙检测组件150，也可以每隔一个水导轴瓦142设置一个间隙检测组件150，只要能够达到所需的测量精度即可。其中，水导轴瓦142材料可采用橡胶或聚氨酯，可作为损耗件进行替换。

如图5和图6所示，间隙检测组件150包括沿水导轴承140的径向(如6中箭头所示方向)设置的多个电阻152，且多个电阻152沿泵轴110的径向间隔设置，多个电阻152之间并联连接。

具体的，采用上述形式，当泵轴110与水导轴瓦142之间相对转动时，水导轴瓦142会被逐渐磨损，以使泵轴110与水导轴承140之间的间隙变大。在这个过程中，水导轴瓦142内靠近泵轴110一侧的电阻152同时被磨损，随着电阻152被磨损，间隙检测组件150所形成的等效电阻152发生变化，从而使得电流的大小发生变化，以便于根据电流的变化量确定实际的磨损量，也即得出所需测量间隙的大小。示例的，当靠近泵轴110的电阻152被磨损，使得具有该电阻152的支路断开时，间隙检测组件150的等效电阻152变大，使得最终的电流变大，以此来根据径向间相邻电阻152的距离确定最终的间隙大小。

可以理解的，对于每一支路的电阻152，可以采用沿泵轴110的轴向延伸的单个电阻152，也可以在泵轴110的轴向上直线阵列排布多个电阻152，本申请实施例对此不做具体限制，只要能够实现测量的准确性即可。

在本申请的可选实施例中，径向相邻电阻152之间的距离为100μm-300μm。这样一来，有利于提升间隙检测的精度，示例的，径向相邻电阻152之间的距离可设置为100μm、200μm或300μm，每当不同位置处的电阻152磨损使该支路形成断路时，电信号的大小就会发生变化，根据该电信号的变化量确定磨损程度，也即测得间隙的大小。

在本申请的可选实施例中，全感知水泵100还包括填料箱，泵轴110设置有叶片120的一端与填料箱密封转动连接，填料箱处设置有分别与控制器105连接的第一位移传感器112和第二位移传感器114，第一位移传感器112和第二位移传感器114用于监测泵轴110的径向窜动，且第一位移传感器112和第二位移传感器114的监测方向在所述泵轴110的径向平面内相互垂直。

具体的，填料箱又名填料函，安装在泵轴110穿出泵壳的地方，填料起密封作用，防止水漏出泵外和空气进入泵内。通过在填料箱处设置有分别与控制器105连接的第一位移传感器112和第二位移传感器114，在泵轴110运动过程中，能够感知泵轴110的绝对摆度，判断全感知水泵100健康状态，实现泵站关键设备的智能化管理。

在本申请的可选实施例中，水导轴承140上设置有与控制器105连接的第一振动传感器144、第二振动传感器146和第三振动传感器148，其中，第一振动传感器144的振动检测方向朝向泵轴110的轴向，且第一振动传感器144、第二振动传感器146和第三振动传感器148的检测方向相互垂直。

具体的，全感知水泵100的水导轴承由于承担着固定整个主机组转动，需要控制的转动惯量较大，极易发生轴向固定螺栓松动、轴承跑圈等事故，需要做好上述三个方向振动监测。采用上述方式，用于感知水导轴承140的状态，以便于对水导轴承140更好的监测，确保全感知水泵100的安全高效运行。

本申请实施例提供的全感知水泵100，有效的解决了全感知水泵100的水导轴承140位移和振动直接监测难题，创新了叶片120表面压力监测直接实现方法，有效解决了传统间接监测带来的精度差、时效低、结果不真实等难题，能够实时掌握水泵的运转状态。实现了水泵关键部位的实时感知和分析，为水泵智能化制造提供了一种有效实现方法。

本申请实施例还提供一种水泵监测系统，包括控制终端，以及前述实施例中的全感知水泵100，其中，控制终端与控制器105通信连接。该水泵监测系统包含与前述实施例中的全感知水泵100相同的结构和有益效果。全感知水泵100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

在本申请可选实施例中，控制器105可以通过交换机与控制终端连接，也可以通过无线网卡等形式与控制终端连接。其中，控制终端可以为电脑或手机等，本申请实施例对此不做具体限制。

如图7所示，本申请实施例还提供一种泵轴间隙测量方法，应用于上述的全感知水泵100，间隙检测组件150包括沿水导轴承140的径向设置的多个电阻152，多个所述电阻152之间并联连接时，该方法包括：

S100、获取间隙检测组件150输出的实时电流信号，并将实时电流信号与初始电流信号对比。

S200、若实时电流信号与初始电流信号相等，则泵轴间隙为预设间隙。

S300、若实时电流信号小于所述初始电流信号，则泵轴间隙为相邻电阻152间的预设距离与预设间隙之和。

具体的，泵轴110与水导轴承140之间形成装配关系后，泵轴110与水导轴承140具有预设间隙，该预设间隙可以根据调试结果确认，如预设间隙为零。泵轴110与水导轴承140之间相对转动时，水导轴瓦142内靠近泵轴110一侧的电阻152被磨损，随着电阻152被磨损，间隙检测组件150所形成的等效电阻152发生变化，从而使得电流的大小发生变化，以便于根据电流的变化量确定实际的磨损量，也即得出所需测量间隙的大小。需要说明的是，间隙检测组件150输出电流的大小相当于多个电阻152并联之后的干路电流，由于总的电压保持不变，当其中一个支路的电阻152磨损发生断路时，间隙检测组件150输出的电流变小，由于多个电阻152沿泵轴110的径向设置，实时电流信号相对于初始电流信号变小时，则说明泵轴110与水导轴承140之间磨损的间隙变大。其中，实时电流信号每变小一次，则说明泵轴间隙再次增大预设距离，以提醒相关人员及时关注，保证全感知水泵100的正常运行。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全感知水泵，其特征在于，包括泵轴，以及设置在所述泵轴一端的多个叶片，每个所述叶片上设置有多个限位凹槽，多个所述限位凹槽分别位于每个所述叶片的进水侧和出水侧，所述全感知水泵还包括压力传感器，所述压力传感器一一对应的设置于每个所述限位凹槽内，且所述压力传感器的感应面与所述叶片表面平齐，多个所述压力传感器分别与控制器电连接，以传输检测到的压力信号；

所述全感知水泵还包括水导轴承，所述泵轴穿设于所述水导轴承且与所述水导轴承转动连接，所述水导轴承内圈圆周阵列设置有多个水导轴瓦，所述水导轴瓦与所述泵轴抵持，所述水导轴瓦内设置有间隙检测组件，所述间隙检测组件与所述控制器电连接，用于监测所述水导轴瓦与所述泵轴之间的间隙；所述间隙检测组件包括沿所述水导轴承的径向间隔设置的多个电阻，多个所述电阻之间并联连接。

2.根据权利要求1所述的全感知水泵，其特征在于，所述泵轴为空心轴，所述泵轴远离所述叶片的一端设置有与所述控制器电连接的碳刷，所述叶片上设置有分别与所述限位凹槽和所述泵轴连通的过孔，所述压力传感器通过穿设于所述过孔的信号线与所述碳刷连接。

3.根据权利要求1所述的全感知水泵，其特征在于，所述压力传感器包括无线通信组件，所述压力传感器通过所述无线通信组件与所述控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的全感知水泵，其特征在于，径向相邻所述电阻之间的距离为100μm-300μm。

5.根据权利要求1所述的全感知水泵，其特征在于，所述叶片式水泵还包括填料箱，所述泵轴设置有叶片的一端与所述填料箱密封转动连接，所述填料箱处设置有分别与所述控制器连接的第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器用于监测所述泵轴的径向窜动，且所述第一位移传感器和所述第二位移传感器的监测方向在所述泵轴的径向平面内相互垂直。

6.根据权利要求1所述的全感知水泵，其特征在于，所述水导轴承上设置有与所述控制器连接的第一振动传感器、第二振动传感器和第三振动传感器，其中，所述第一振动传感器的振动检测方向朝向所述泵轴的轴向，且所述第一振动传感器、所述第二振动传感器和所述第三振动传感器的检测方向相互垂直。

7.一种水泵监测系统，其特征在于，包括控制终端，以及权利要求1-6任意一项所述的全感知水泵，其中，所述控制终端与控制器通信连接。

8.一种泵轴间隙测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任意一项所述的全感知水泵，间隙检测组件包括沿所述水导轴承的径向设置的多个电阻，多个所述电阻之间并联连接时，所述方法包括：

获取所述间隙检测组件输出的实时电流信号，并将所述实时电流信号与初始电流信号对比；

若所述实时电流信号与所述初始电流信号相等，则所述泵轴间隙为预设间隙；

若所述实时电流信号小于所述初始电流信号，则所述泵轴间隙为相邻所述电阻间的预设距离与所述预设间隙之和。

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