CN116928112A - 一种潜水离心泵的故障监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜水离心泵的故障监测系统和方法，包括检测系统、数据收集模块、数据处理模块、判断模块、控制模块、通讯模块；该方法包括，获取泵房液位高度数值，得到实时扬程数值；通过潜水离心泵的Q－H特性曲线图，得到对应的实时扬程数值时的理论流量值；获取潜水离心泵运行时的实际流量值；将实际流量值与理论流量值进行对比，根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态；本方案中通过实际流量值与理论流量值进行比较，实际输入功率和理论输入功率进行比较，双重监测方法对离心泵进行高效检测。极大的提升了离心泵的检测效率，同时提升精准性。

Description

一种潜水离心泵的故障监测系统和方法

技术领域

本发明涉及水泵检测领域，特别涉及一种潜水离心泵的故障监测系统和方法。

背景技术

潜水离心泵广泛应用于污水处理厂的各工艺单元，主要用于污水的提升和输送。潜水离心泵安装于水面以下，若发生故障，将对污水处理厂的生产造成较大的影响，为了避免潜水离心泵发生故障，需要对潜水离心泵运行时的状态进行监测，以便在出现异常状态的情况下能及时预知，防止潜水离心泵发生进一步的故障。

现有的潜水离心泵的故障监测方法，仅仅通过观测出口流量数值来判断叶轮的磨损情况，通过观测电流值来判断潜水离心泵卡阻情况，此方法判断潜水离心泵运行状态的准确度较低。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述不足之处提供一种潜水离心泵的故障监测系统和方法，解决了现有技术中无法对潜水离心泵进行高效、精准监测并提前预知风险的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种潜水离心泵的故障监测系统，包括检测系统、数据收集模块、数据处理模块、判断模块、控制模块、通讯模块；所述检测系统包括流量计、液位计、电压表、电流表等，所述流量计设置在潜水离心泵出口管道上；所述液位计设置在泵坑上部，所述电压表设置在潜水离心泵的电控柜中，所述电流表设置在潜水离心泵的电控柜中；

所述数据收集模块用于收集检测系统采集的各种仪表的数据信息；

所述数据处理模块用于处理数据收集模块收集到的各种数据信息；

所述判断模块用于判断数据处理模块处理后的数据；

所述控制模块用于根据判断模块判断数据的结果，执行潜水离心泵的停机或者继续运行；

所述通讯模块用于将潜水离心泵的运行状态反馈给用户，使用户实时掌握潜水离心泵的状态。

本方案提供一种潜水离心泵的故障监测方法，其包括以下步骤：

S1：获取泵房液位高度数值，得到实时扬程数值；

S2：获取每一个对应的扬程高度时的理论流量值；

S3：获取潜水离心泵运行时的实际流量值；将实际流量值与理论流量值进行对比；

和/或通过实时扬程数值和实际流量值，得到潜水离心泵的轴功率；通过潜水离心泵的轴功率，得到潜水离心泵理论的输入功率；获取潜水离心泵的电压数值和电流数值；通过潜水离心泵的电压数值和电流数值，得到潜水离心泵实际的输入功率；

S4：根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态；

和/或将水泵的理论输入功率与实际输入功率进行对比，根据对比结果解析潜水离心泵的运行状态。

在S1中，泵房液位高度数值通过安装在泵坑上部的液位计获得，液位高度发生变化时，实际扬程数值也随之发生变化。

在步骤S1中，通过如下公式计算实际扬程数值：

H＝H_出-H_进-H_液+H_损

其中，H_出表示潜水离心泵提升介质出口处的高度值，H_进表示潜水离心泵进口处的高度值，H_液表示泵房液位高度数值，H_损表示介质提升时损失的扬程数值，一般情况下，1个阀门损失1m扬程，1个90度的弯头损失1m扬程，20米的水平管路损失1m扬程。

在S2中，由于潜水离心泵的出口流量值随着扬程的变化而变化，每一个扬程值都对应着一个理论流量值，当得到一个实际扬程数值时，都会得到一个对应的理论流量值。

在S2中，潜水离心泵的理论流量值通过该型号的泵的Q－H特性曲线图获得，在Q－H特性曲线图中，每一个扬程数值H下，都有一个对应的流量数值Q。

在S3中，实际流量值通过安装在潜水离心泵出口管道上的流量计获得，指单位时间内流过的介质的体积。

在S4中在系统中设置有第一容错区间，通过计算实际流量值和理论流量值的差值，在与第一容错区间进行比较，若在差值第一容错区间内，则表示实际流量值在设定的理论流量值的比例范围内，叶轮磨损程度良好，不作提醒；

若差值在第一容错区间之外，实际流量值小于设定的理论流量值，系统发出潜水离心泵叶轮磨损警告，但此时并不会执行潜水离心泵停止运行的动作，仅仅提示用户叶轮磨损极限。

在步骤S3中，通过如下公式计算潜水离心泵的轴功率：

其中，Q表示潜水离心泵的实际流量值，H表示实时扬程值，η表示潜水离心泵的输送效率，η的值通过潜水离心泵的Q－η特性曲线图来获得，不同实际流量值Q下，都有不同的输送效率η。

通过潜水离心泵的轴功率，通过如下公式计算潜水离心泵的理论输入功率：

P_理论＝K·N_轴

其中，K为潜水离心泵的备用系数，它考虑了电机的机械效率等因素，其值随轴功率而异，对于大型电机来说，K值取1.1。

在步骤S3中，潜水离心泵的电压值通过安装在电控柜上的电压表获得，电流值可以通过安装在电控柜上的电流表或者电流互感器获得；

通过如下公式计算水泵的实际输入功率：

其中，U表示潜水离心泵的电压数值，I表示潜水离心泵的电流数值，cosφ表示潜水离心泵电机的功率因数，一般取0.8。

在步骤S4中，在系统中设置有第二容错区间，通过计算实际输入功率和理论输入功率的差值，在与第二容错区间进行比较，若在差值第二容错区间内，则表明潜水离心泵无故障，不提示任何信息；

若差值在第一容错区间之外，则提示潜水离心泵出现卡阻故障，同时执行潜水离心泵停机动作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本方案通过监测在某个扬程数值下的实际流量值，与此扬程数值下对应的理论的流量值对比，用以判断叶轮的磨损程度，提高了判断叶轮磨损程度的准确率。

2、本方案中通过监测在某个扬程数值下的实际流量值，得到潜水离心泵此状态下排水做功的理论输入功率，再通过与电机输入端的实际输入功率对比，谈判潜水离心泵是否存在卡阻故障。

3、本方案中通过实际流量值与理论流量值进行比较，实际输入功率和理论输入功率进行比较，双重监测方法对离心泵进行高效检测。极大的提升了离心泵的检测效率，同时提升精准性。

附图说明

图1为本发明整体系统的示意图；

图2为本发明中实施例2的流程示意图；

图3为本发明中实施例3的流程示意图；

图中标记：310、检测系统；320、数据收集模块；330、数据处理模块；340、判断模块；350、控制模块；360、通讯模块。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种技术方案：

一种潜水离心泵的故障监测系统，其至少包括但不限于检测系统310、数据收集模块320、数据处理模块330、判断模块340、控制模块350、通讯模块360；

检测系统310可以包括流量计、液位计、电压表、电流表等，流量计设置在潜水离心泵出口管道上，用于检测潜水离心泵出口的实际流量值；液位计设置在泵坑上部，用于检测液位的高度；电压表设置在潜水离心泵的电控柜中，用于检测输入电压；电流表设置在潜水离心泵的电控柜中，用于检测输入电流；

数据收集模块320用于收集检测系统310采集的各种仪表的数据信息；

数据处理模块330用于处理数据收集模块320收集到的各种数据信息；

判断模块340用于判断数据处理模块330处理后的数据；

控制模块350用于根据判断模块340判断数据的结果，执行潜水离心泵的停机或者继续运行；

通讯模块360用于将潜水离心泵的运行状态反馈给用户，使用户实时掌握潜水离心泵的状态；

基于上述结构，通过在离心泵上设置各类模块能够对离心泵的各类指标进行检测，方便通过各类数据的对离心泵的安全状态和性能进行监测。

实施例2

如图2所示，本发明提供一种技术方案：

一种潜水离心泵的故障监测方法，其包括以下步骤：

S1：获取泵房液位高度数值，得到实时扬程数值；

S2：通过潜水离心泵的Q－H特性曲线图，得到实时扬程数值下对应的理论流量值；

S3：获取潜水离心泵运行时的实际流量值；将实际流量值与理论流量值进行对比；

S4：根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态；

基于上述方法，本方案中通过监测在某个扬程数值下的实际流量值，与此扬程数值下对应的理论的流量值对比，用以判断叶轮的磨损程度，可以提高判断叶轮磨损程度的准确率。

其中S1中，泵房液位高度数值通过安装在泵坑上部的液位计获得，液位高度发生变化时，实际扬程数值也随之发生变化；

其中S2中，由于潜水离心泵的出口流量值随着扬程的变化而变化，这就是水泵的Q－H特性曲线，每一个扬程值都对应着一个理论的流量值，当得到一个实际扬程数值时，都会得到一个对应的理论流量值。

其中S3中，实际流量值通过安装在潜水离心泵出口管道上的流量计获得，指单位时间内流过的介质的体积；

其中S4中根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态，具体为将实际流量值与理论流量值进行对比，根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态；

进一步的，在系统中设置有第一容错区间，通过计算实际流量值和理论流量值的差值，在与第一容错区间进行比较，若在差值第一容错区间内，则表示实际流量值在设定的理论流量值的比例范围内，叶轮磨损程度良好，不作提醒；

若差值在第一容错区间之外，实际流量值小于设定的理论流量值，系统发出潜水离心泵叶轮磨损警告，但此时并不会执行潜水离心泵停止运行的动作，仅仅提示用户叶轮磨损极限。

基于上述判断方法，潜水离心泵在投入运行后，叶轮会有一定程度的磨损，但当叶轮磨损到一定程度，也就是实际流量值下降到理论流量值一定的比值之后，也反应了叶轮的磨损程度。会认为叶轮的磨损程度不可接受。若实际流量值在设定的理论流量值的比例范围内，则表明叶轮磨损程度良好，不提示任何信息。若出实际流量值小于设定的理论流量值得比例，则发出潜水离心泵叶轮磨损警告，但此时并不会执行潜水离心泵停止运行的动作，仅仅提示用户叶轮磨损极限。

实施例3

如图3所示，本发明提供一种技术方案：

一种潜水离心泵的故障监测方法，其包括以下步骤：

S1：获取泵房液位高度数值，得到实时扬程数值；

S2：获取潜水离心泵运行时的实际流量值；

S3：通过实时扬程数值和实际流量值，得到潜水离心泵的轴功率；通过潜水离心泵的轴功率，得到潜水离心泵理论的输入功率；获取潜水离心泵的电压数值和电流数值；通过潜水离心泵的电压数值和电流数值，得到潜水离心泵实际的输入功率；

S4：将水泵理论输入功率与实际输入功率进行比对，根据对比结果解析潜水离心泵的运行状态。

在步骤S1中泵房液位高度数值通过安装在泵坑上部的液位计获得，液位高度发生变化时，实际扬程数值也随之发生变化；

在步骤S1中，通过如下公式计算实际扬程数值：

H＝H_出-H_进-H_液+H_损

其中，H_出表示潜水离心泵提升介质出口处的高度值，H_进表示潜水离心泵进口处的高度值，H_液表示泵房液位高度数值，H_损表示介质提升时损失的扬程数值，一般情况下，1个阀门损失1m扬程，1个90度的弯头损失1m扬程，20米的水平管路损失1m扬程。

在步骤S2中实际流量值通过安装在潜水离心泵出口管道上的流量计获得，指单位时间内流过的介质的体积；

在步骤S3中，潜水离心泵的工作原理是将电能转化成叶轮旋转的动能，液体在叶轮的离心力作用下被加速，从而增加了其动能，流动到需要输送的高压区域；

可以通过如下公式计算潜水离心泵的轴功率：

其中，Q表示潜水离心泵的实际流量值，H表示实时扬程值，η表示潜水离心泵的输送效率，η的值通过潜水离心泵的Q－η特性曲线图来获得，不同实际流量值Q下，都有不同的输送效率η；

通过潜水离心泵的轴功率，通过如下公式计算潜水离心泵的理论输入功率：

P_理论＝K·N_轴其中，K为潜水离心泵的备用系数，它考虑了电机的机械效率等因素，其值随轴功率而异，对于大型电机来说，K值取1.1。

在步骤S3中，潜水离心泵的电压值可以通过安装在电控柜上的电压表获得，电流值可以通过安装在电控柜上的电流表或者电流互感器获得；

可以通过如下公式计算水泵的实际输入功率：φ

其中，U表示潜水离心泵的电压数值，I表示潜水离心泵的电流数值，cosφ表示潜水离心泵电机的功率因数，一般取0.8。

在步骤S4中，将水泵理论的输入功率与实际输入功率进行比对，根据对比结果解析潜水离心泵的运行状态，其具体为：

进一步的，在系统中设置有第二容错区间，通过计算实际输入功率和理论输入功率的差值，在与第二容错区间进行比较，若在差值第二容错区间内，则表明潜水离心泵无故障，不提示任何信息；

若差值在第一容错区间之外，则提示潜水离心泵出现卡阻故障，同时执行潜水离心泵停机动作。

基于上述方法，潜水离心泵在投入运行后，运行效率会有一定的下降，当效率下降到一定的比值之后，会认为潜水离心泵出现了机械故障，因此本方案采用输入功率进行对比来进行故障的精准判断。

本方案中通过监测在某个扬程数值下的实际流量值，得到潜水离心泵此状态下排水做功的理论输入功率，再通过与电机输入端的实际输入功率对比，判断潜水离心泵是否存在卡阻故障，可以极大的提升前期对于离心泵故障的检测效率。

本方案中通过实际流量值与理论流量值进行比较，实际输入功率和理论输入功率进行比较，双重监测方法对离心泵进行高效检测。极大的提升了离心泵的检测效率，同时提升精准性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种潜水离心泵的故障监测系统，其特征在于，包括检测系统、数据收集模块、数据处理模块、判断模块、控制模块、通讯模块；所述检测系统包括流量计、液位计、电压表、电流表，所述流量计设置在潜水离心泵出口管道上；所述液位计设置在泵坑上部，所述电压表设置在潜水离心泵的电控柜中，所述电流表设置在潜水离心泵的电控柜中；

所述数据收集模块用于收集检测系统采集的各种仪表的数据信息；

所述数据处理模块用于处理数据收集模块收集到的各种数据信息；

所述判断模块用于判断数据处理模块处理后的数据；

所述控制模块用于根据判断模块判断数据的结果，执行潜水离心泵的停机或者继续运行；

所述通讯模块用于将潜水离心泵的运行状态反馈给用户，使用户实时掌握潜水离心泵的状态。

2.一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：获取泵房液位高度数值，得到实时扬程数值；

S2：获取此扬程数值对应的理论流量值；

S3：获取潜水离心泵运行时的实际流量值；将实际流量值与理论流量值进行对比；

和/或通过实时扬程数值和实际流量值，得到潜水离心泵的轴功率；通过潜水离心泵的轴功率，得到潜水离心泵理论的输入功率；获取潜水离心泵的电压数值和电流数值；通过潜水离心泵的电压数值和电流数值，得到潜水离心泵实际的输入功率；

S4：根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态；

和/或将水泵的理论输入功率与实际输入功率进行比对，根据对比结果解析潜水离心泵叶轮的运行状态。

3.如权利要求2所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在S1中，泵房液位高度数值通过安装在泵坑上部的液位计获得，液位高度发生变化时，实际扬程数值也随之发生变化。

在步骤S1中，通过如下公式计算实际扬程数值：

H＝H_出-H_进-H_液+H_损

其中，H_出表示潜水离心泵提升介质出口处的高度值，H_进表示潜水离心泵进口处的高度值，H_液表示泵房液位高度数值，H_损表示介质提升时损失的扬程数值。

4.如权利要求2或3所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在S2中，潜水离心泵的理论流量值通过该型号的泵的Q－H特性曲线图获得，在Q－H特性曲线图中，每一个扬程数值H下，都有一个对应的流量数值Q。

5.如权利要求2或3所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在S3中，实际流量值通过安装在潜水离心泵出口管道上的流量计获得，指单位时间内流过的介质的体积。

6.如权利要求2或3所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：在S4中在系统中设置有第一容错区间，通过计算实际流量值和理论流量值的差值，在与第一容错区间进行比较，若在差值第一容错区间内，则表示实际流量值在设定的理论流量值的比例范围内，叶轮磨损程度良好，不作提醒；

若差值在第一容错区间之外，实际流量值小于设定的理论流量值，系统发出潜水离心泵叶轮磨损警告，但此时并不会执行潜水离心泵停止运行的动作，仅仅提示用户叶轮磨损极限。

7.如权利要求2所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在步骤S3中，通过如下公式计算潜水离心泵的轴功率：

其中，Q表示潜水离心泵的实际流量值，H表示实时扬程值，η表示潜水离心泵的输送效率，η的值通过潜水离心泵的Q－η特性曲线图来获得，不同实际流量值Q下，都有不同的输送效率η。

8.如权利要求7所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

通过潜水离心泵的轴功率，通过如下公式计算潜水离心泵的理论输入功率：

P_理论＝K·N_轴

其中，K为潜水离心泵的备用系数，它考虑了电机的机械效率等因素，其值随轴功率而异，对于大型电机来说，K值取1.1。

9.如权利要求8所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在步骤S3中，潜水离心泵的电压值通过安装在电控柜上的电压表获得，电流值可以通过安装在电控柜上的电流表或者电流互感器获得；

通过如下公式计算水泵的实际输入功率：

其中，U表示潜水离心泵的电压数值，I表示潜水离心泵的电流数值，cosφ表示潜水离心泵电机的功率因数，一般取0.8。

10.如权利要求9所述的一种潜水离心泵的故障监测方法，其特征在于：

在步骤S4中，在系统中设置有第二容错区间，通过计算实际输入功率和理论输入功率的差值，在与第二容错区间进行比较，若在差值第二容错区间内，则表明潜水离心泵无故障，不提示任何信息；

若差值在第一容错区间之外，则提示潜水离心泵出现卡阻故障，同时执行潜水离心泵停机动作。