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专利号: 2019102017495
申请人: 湘潭大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-04-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统,其特征在于:它包括参数输入模块(1)、采集模块(2)、存储模块(3)、计算模块(4)、经济性能评分模块(5)和稳定状态判定模块(6);所述计算模块(4)包括第一计算模块(7)、第二计算模块(8)、第三计算模块(9)和第四计算模块(10);所述第一计算模块(7)与参数输入模块(1)、采集模块(2)和济性能评分模块(5)分别电性连接;所述存储模块(3)与第二计算模块(8)和第三计算模块(9)分别电性连接;所述第四计算模块(10)与第一计算模块(7)、第二计算模块(8)、第三计算模块(9)和稳定状态判定模块(6)分别电性连接;其中:(a)参数输入模块(1):用于输入机泵性能基本参数和评判系统参数;所述机泵性能基本参数包括离心泵额定流量Qn、离心泵额定效率ηpn、电机额定效率ηmn、离心泵效率‑流量曲线拟合参数、离心泵功率‑流量曲线拟合参数和电机输出功率‑效率曲线拟合参数;所述评判系统参数包括轴承温度第一阈值、轴承温度第二阈值、轴承振动烈度第一阈值、轴承振动烈度第二阈值和隶属度钟形函数参数a、b、c;

(b)采集模块(2):用于实时采集机泵运行过程的流量值Q、轴承温度值T和轴承振动烈度值V,数据采样周期在0.5分钟至30分钟之间;

(c)存储模块(3):用于存储采集得到的机泵运行过程的流量值Q、轴承温度值T和轴承振动烈度值V;

(d)第一计算模块(7):用于实时处理采集模块(2)获得的采集值得到离心泵当前效率值ηp、电机当前效率值ηm和离心泵当前相对流量值Z;

(e)第二计算模块(8):用于处理存储模块(3)的长期历史数据得到轴承温度值T和轴承振动烈度值V各自的均值和标准差;

(f)第三计算模块(9):用于处理存储模块(3)的短期历史数据得到轴承温度值T和轴承振动烈度值V各自的增长趋势;

(g)第四计算模块(10):用于接收第一计算模块(7)至第三计算模块(9)的计算结果并分别判断流量工况状态、轴承温度超阈值状态、轴承振动烈度超阈值状态、轴承温度统计分布状态、轴承振动烈度统计分布状态、轴承温度增长趋势状态、轴承振动烈度增长趋势状态;

(h)经济性能评分模块(5):用于接收第一计算模块(7)得到的离心泵当前效率值ηp、电机当前效率值ηm、离心泵当前相对流量值Z,并结合参数输入模块(1)的参数,完成机泵经济性能的评分;

(i)稳定状态判定模块(6):用于接收第四计算模块(10)得到的7种状态,并以最恶劣的状态作为机泵稳定状态判定结果。

2.根据权利要求1所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统,其特征在于:步骤(a)参数输入模块(1)所述机泵性能基本参数中,离心泵效率‑流量曲线拟合参数是:以离心泵流量值为横坐标,以离心泵效率值为纵坐标,对一系列离心泵流量值、离心泵效率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数;

离心泵功率‑流量曲线拟合参数是:以离心泵流量值为横坐标,离心泵功率值为纵坐标,对一系列离心泵流量值、离心泵功率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数;

电机效率‑电机输出功率曲线拟合参数是:以电机输出功率值为横坐标,电机效率值为纵坐标,对一系列电机输出功率、电机效率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数。

3.根据权利要求1所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统,其特征在于:步骤(a)参数输入模块(1)所述评判系统参数中,轴承温度第一阈值小于轴承温度第二阈值,轴承振动烈度第一阈值小于轴承振动烈度第二阈值,隶属度钟形函数参数a的取值在0.2至

0.4之间,隶属度钟形函数参数b的取值在1.2至1.8之间,隶属度钟形函数参数c的取值在

0.8至1.2之间。

4.一种基于权利要求1所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于包括如下步骤:

(a)机泵性能曲线拟合步骤:分别输入离心泵效率‑流量曲线数据、离心泵功率‑流量曲线数据、电机效率‑电机输出功率曲线数据,并依次按照一元多次函数关系式拟合,获得各自的拟合系数;

(b)参数输入步骤:将步骤(a)得到的系列机泵性能曲线拟合系数以及离心泵额定流量Qn、离心泵额定效率ηpn、电机额定效率ηmn、轴承温度第一阈值、轴承温度第二阈值、轴承振动烈度第一阈值、轴承振动烈度第二阈值和隶属度钟形函数参数a、b、c输入进参数输入模块(1);

(c)运行数据采集步骤:通过数据采集模块(2)实时采集机泵运行过程的离心泵流量值Q、轴承温度值T和轴承振动烈度值V,数据采样周期在0.5分钟至30分钟之间;

(d)运行数据存储步骤:通过数据存储模块(3)存储采集获得的机泵运行过程的流量值Q、轴承温度值T和轴承振动烈度值V;

(e)数据计算处理步骤:通过第一计算模块(7)、第二计算模块(8)和第三计算模块(9)进行采集数据的实时处理、长期历史数据的处理和短期历史数据的处理;

(f)多种状态判断步骤:在步骤(e)数据计算处理结果的基础上,通过第四计算模块(10)分别判断流量工况状态、轴承温度超阈值状态、轴承振动烈度超阈值状态、轴承温度统计分布状态、轴承振动烈度统计分布状态、轴承温度增长趋势状态、轴承振动烈度增长趋势状态;

(g)机泵性能评判步骤:通过经济性能评分模块(5)对机泵运行进行经济性能评分,通过稳定状态判定模块(6)对机泵运行进行稳定状态判定。

5.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(a)所述机泵性能曲线拟合步骤包括:离心泵效率‑流量曲线拟合:以离心泵流量值为横坐标,离心泵效率值为纵坐标,对一系列离心泵流量值、离心泵效率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数;

离心泵功率‑流量曲线拟合:以离心泵流量值为横坐标,离心泵功率值为纵坐标,对一系列离心泵流量值、离心泵功率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数;

电机效率‑电机输出功率曲线拟合:以电机输出功率值为横坐标,电机效率值为纵坐标,对一系列电机输出功率、电机效率值组成的点连线绘制成曲线,根据最小二乘法将点集拟合为一元多次函数关系式,并按降幂关系依次获得各次幂所对应的系数。

6.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(e)所述采集数据的实时处理,是将实时采集得到的离心泵流量值Q除以步骤(b)输入的离心泵额定流量Qn得到离心泵当前相对流量值Z,将离心泵流量值带入离心泵效率‑流量曲线拟合函数得到离心泵当前效率值ηp,将离心泵流量值带入离心泵功率‑流量曲线拟合函数得到离心泵当前功率值,将离心泵当前功率值带入电机输出功率‑效率曲线拟合函数得到电机当前效率值ηm。

7.根据权利要求6所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:所述拟合函数,是将步骤(a)获得的一元多次函数关系式拟合结果按降幂顺序得到的各项系数组合得到一元多次函数。

8.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(e)所述长期历史数据的处理,是将步骤(d)存储的、以当前采样时刻为基准倒推历史上共计1000次以上采样获得的长期轴承温度和轴承振动烈度数据,各自统计得到对应的均值μ和标准差σ。

9.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(e)所述短期历史数据的处理,是将步骤(d)存储的、以当前采样时刻为基准倒推历史上共计m次采样获得的短期轴承温度和轴承振动烈度数据,各自统计得到增长趋势计数和,其中,m在50至1000之间。

10.根据权利要求9所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:短期历史数据的处理中,增长趋势计数和的统计包括以下步骤:(Ⅰ)对以当前采样时刻为基准倒推历史上共计m次采样获得的短期轴承温度和轴承振动烈度数据,按照先后次序从1至m进行编号;

(Ⅱ)获得第i次采样值的斜率ki,其计算公式如式(1):

式(1)中,i的取值在w+1至m之间,w值设定在5至20之间,yl为第l次采样的轴承温度或轴承振动烈度值,为第i‑w次至第i次采样数据的均值; 的计算公式如式(2):式(2)中,l为采样值斜率ki计算过程中的采样编号,l位于i‑w至i之间,为采样编号的均值;的计算公式如式(2):(Ⅲ)获得第i次采样值的增长趋势计数Di:

即若第i次采样值的斜率大于前1次采样值的斜率,则第i次采样值的增长趋势计数为

1,否则为0;

(Ⅳ)获得短期采样期间的第w+1次至第m次采样增长趋势计数和R:

11.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(f)多种状态判断步骤包括:流量工况状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,计算离心泵当前相对流量值Z与1之差的绝对值|Z‑1|,当|Z‑1|小于Z1时判断流量工况状态为优,当|Z‑1|大于Z2时判断流量工况状态为差,当|Z‑1|在Z1和Z2之间为良,其中,Z1取值在0.15至0.3之间,Z2取值在0.3至0.5之间,且Z1

轴承温度超阈值状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,将当前轴承温度值与轴承温度第一阈值和轴承温度第二阈值比较,若当前轴承温度值小于或等于轴承温度第一阈值,判断轴承温度超阈值状态为优;若当前轴承温度值大于轴承温度第一阈值且小于轴承温度第二阈值,判断轴承温度超阈值状态为良;若当前轴承温度值大于或等于轴承温度第二阈值,判断轴承温度超阈值状态为差;

轴承振动烈度超阈值状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,将当前轴承振动烈度值与轴承振动烈度第一阈值和轴承振动烈度第二阈值比较,若当前轴承振动烈度值小于或等于轴承振动烈度第一阈值,判断轴承振动烈度超阈值状态为优;若当前轴承振动烈度值大于轴承振动烈度第一阈值且小于轴承振动烈度第二阈值,判断轴承振动烈度超阈值状态为良;若当前轴承振动烈度值大于或等于轴承振动烈度第二阈值,判断轴承振动烈度超阈值状态为差;

轴承温度统计分布状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,若当前轴承温度值小于或等于均值和1倍标准差之和(μ+σ),则判断为优;若当前轴承温度值大于均值和1倍标准差之和(μ+σ)且小于均值和2倍标准差之和(μ+2σ),则判断为良;若当前轴承温度值大于或等于均值和2倍标准差之和(μ+2σ),则判断为差;其中,μ为轴承温度统计得到的均值,σ为轴承温度统计得到的标准差;

轴承振动烈度统计分布状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,若当前轴承振动烈度值小于或等于均值和1倍标准差之和(μ+σ),则判断为优;若当前轴承振动烈度值大于均值和1倍标准差之和(μ+σ)且小于均值和2倍标准差之和(μ+2σ),则判断为良;若当前轴承振动烈度值大于或等于均值和2倍标准差之和(μ+2σ),则判断为差;其中,μ为轴承振动烈度统计得到的均值,σ为轴承振动烈度统计得到的标准差;

轴承温度增长趋势状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,若轴承温度短期采样期间的采样增长趋势计数和R小于或等于q1(m‑w),则判断为优;若R在q1(m‑w)与q2(m‑w)之间,则判断为良;若R大于或等于q2(m‑w)则判断为优,其中,q1取值在0.1至0.4之间,q2在0.3至0.8之间,且q1

轴承振动烈度增长趋势状态的判断方法是:在步骤(e)的基础上,若轴承振动烈度短期采样期间的采样增长趋势计数和R小于或等于q1(m‑w),则判断为优;若R在q1(m‑w)与q2(m‑w)之间,则判断为良;若R大于或等于q2(m‑w)则判断为优,其中q1取值在0.1至0.4之间,q2在

0.3至0.8之间且q1

12.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(g)中,所述机泵运行经济性能的评分方法是,在步骤(e)采集数据实时处理的基础上,其评分计算式如式(6):式(6)中,ηp为离心泵当前效率值,ηm为电机当前效率值,ηpn为离心泵额定效率,ηmn为电机额定效率,Score为机泵运行经济性能评分,bell(Z)为隶属度钟形函数;

其中,隶属度钟形函数如式(7):

式(7)中,Z为离心泵当前相对流量值,即离心泵当前流量值与额定流量值之比;a为隶属度钟形函数经验参数之一,取值在0.2至0.4之间;b为隶属度钟形函数经验参数之一,取值在1.2至1.8之间;c为隶属度钟形函数经验参数之一,取值在0.8至1.2之间。

13.根据权利要求4所述机泵运行经济性能和稳定状态的评判系统的评判方法,其特征在于:步骤(g)中,所述机泵运行稳定状态的判定方法是,在步骤(f)多种状态判断的基础上,判定结果为多种状态判断结果的最坏结果。