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专利号: 2020112028501
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: 液体变容式机械;液体泵或弹性流体泵
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种离心泵运行状态判定方法,其特征在于,分为以下步骤:

步骤1、离心泵出厂前,在试验台上进行各种运行状态的模拟测试,每种运行状态测试不少于10次,采集并获得各种运行状态下对应的驱动端轴承水平径向振动加速度信号时间序列,另测试获得离心泵额定流量正常运行状态下的驱动端轴承水平径向振动加速度信号时间序列;

步骤2、通过对驱动端轴承水平径向振动加速度信号时间序列积分,获得相应的水平径向振动速度和水平径向振动位移时间序列,提取不同运行状态下驱动端轴承水平径向振动加速度、速度和位移时间序列的特征,并组成试验台离心泵水平径向振动特征序列;

步骤3、以试验台离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征为基准,将各种运行状态下的水平径向振动特征除以额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征,获得试验台离心泵带运行状态标记的归一化水平径向振动特征序列集;

步骤4、通过决策树方法对试验台离心泵带运行状态标记的归一化水平径向振动特征序列集进行有监督机器学习,获得离心泵运行状态分类器;

步骤5、将离心泵安装至工作现场,调节离心泵为额定流量运行工况,并获得工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征;

步骤6、实时采集工作现场离心泵驱动端轴承水平径向振动加速度信号,并通过积分方式获得水平径向振动速度和水平径向振动位移时间序列;

步骤7、按照时间间隔ΔT,提取工作现场离心泵驱动端轴承水平径向振动加速度、水平径向振动速度和水平径向振动位移时间序列的特征,获取振动特征序列,并以工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的振动特征为基准,将获取的振动特征除以工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征,获取工作现场的归一化振动特征序列,其中,时间间隔ΔT处于1分钟至30分钟之间;

步骤8、利用步骤4获得的离心泵运行状态分类器,确定步骤7获得的工作现场离心泵归一化振动特征序列的分类结果并归集输出,即可得到工作现场离心泵的当前运行状态。

2.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤1所述的离心泵模拟测试过程的运行状态,包括正常状态、偏大流量状态、偏小流量状态、汽蚀状态、叶轮质量不平衡状态和主轴不对中状态这六种状态。

3.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤2所述的水平径向振动速度和水平径向振动位移时间序列的获得,先将驱动端轴承水平径向振动加速度信号对时间进行积分获得驱动端轴承水平径向振动速度时间序列,再将驱动端轴承水平径向振动速度对时间积分获得驱动端轴承水平径向振动位移时间序列。

4.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤2和步骤7所述的驱动端轴承水平径向振动加速度、速度和位移时间序列的特征提取,所述特征包括时域特征和频域特征两个方面,其中时域特征包括振动加速度最大绝对值、振动速度均方根值、振动位移峰峰值以及振动速度的峭度,频域特征包括0.5倍、1倍和2倍主轴旋转频率对应的振动速度幅值以及叶片通过频率对应的振动加速度幅值,其中,叶片通过频率为主轴旋转频率与叶片数目之积。

5.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤2和步骤7所述的离心泵水平径向振动特征序列,为某个运行状态下按照如下顺序排列的序列:[振动加速度最大绝对值,振动速度均方根值,振动位移峰峰值,振动速度的峭度,0.5倍主轴旋转频率对应的振动速度幅值,1倍主轴旋转频率对应的振动速度幅值,2倍主轴旋转频率对应的振动速度幅值,叶片通过频率对应的振动加速度幅值]。

6.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤3所述的额定流量正常运行状态,为离心泵通过流量为其额定流量且没有汽蚀、叶轮质量不平衡或主轴不对中现象的运行状态。

7.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤4所述的通过决策树方法进行有监督机器学习,获得离心泵运行状态分类器,分类器由分别对应正常状态、偏大流量状态、偏小流量状态、汽蚀状态、叶轮质量不平衡状态和主轴不对中状态这六种状态的六个子分类器组成,每个子分类器用于判断输入的离心泵归一化振动特征序列是否对应以上六种状态中的一种。

8.权利要求2所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,偏大流量状态为通过离心泵的流量为其额定流量的p倍以上的流量状态,偏小流量状态为通过离心泵的流量为其额定流量的q倍以下的流量状态,正常状态为权利要求2所述的其他五类状态以外的运行状态,其中,p处于1.2至1.4之间,q处于0.6至0.8之间。

9.权利要求1所述的离心泵运行状态判定方法,其特征在于,步骤8工作现场离心泵归一化振动特征序列的分类,依次使用步骤4获得的六个子分类器判断工作现场离心泵归一化振动特征序列是否属于各自的状态分类,再将判断结果为是的状态分类归集并最终输出现场离心泵的运行状态。

10.一种用于实现权利要求1-9所述离心泵运行状态判定方法的判定系统,其特征在于:包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块:所述数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块电性连接;

数据输入模块用于输入离心泵运行状态分类器和工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征;

数据采集模块为置于离心泵驱动端轴承水平径向的振动加速度传感器,用于实时采集离心泵驱动端轴承水平径向的振动加速度值;

数据存储模块存储数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将当前运行时间段内离心泵运行状态判定结果提供至数据显示模块;

数据显示模块用于实时显示当前运行时间段内离心泵运行状态判定结果;

数据运算模块由第一运算模块、第二运算模块和第三运算模块组成,第一运算模块从数据存储模块读取采集得到的离心泵驱动端轴承水平径向振动加速度信号时间序列,依次进行一次积分和二次积分,获得水平径向振动速度和位移时间序列,并将离心泵驱动端轴承水平径向振动加速度、速度和位移时间序列输出至第二运算模块;第二运算模块从第一运算模块获得离心泵驱动端轴承水平径向振动加速度、速度和位移时间序列,提取并建立振动特征序列,然后从数据存储模块读取工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征,并以工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的振动特征为基准,将获取的振动特征除以工作现场离心泵额定流量正常运行状态下的水平径向振动特征,得到工作现场的归一化振动特征序列,传输至第三运算模块;第三运算模块从数据存储模块读取离心泵运行状态分类器,并对第二运算模块传输来的工作现场的归一化振动特征序列进行状态分类,最终将状态分类结果返回数据存储模块。