矿用离心泵在线加速寿命试验平台及其试验方法技术

一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台及其试验方法，所述试验平台采用双循环测量隔离管路结构，包括离心泵加速寿命循环管路和离心泵健康性能测量管路，并由现场监测监控系统以及控制计算机远程监控系统相结合的系统结构构成；所述试验方法自动完成离心泵加速寿命试验，并进行远程绘制离心泵特性曲线、存储离心泵健康寿命信息。本发明专利技术监测参数全面，结构合理，有效监测离心泵在失效过程中的全寿命周期数据，同时保护传感器和管路等其他元件收到冲蚀，为获取离心泵加速寿命数据奠定基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在线式离心泵试验平台及其试验方法，尤其一种用于在线测量的离心泵加速寿命试验平台及其试验方法。
技术介绍
离心泵是一种广泛应用于工业领域排水的旋转机械设备，其在电力、矿山、化工、农业等多个行业都具有着重要的地位。离心泵在输送流体介质时，由于受到介质中颗粒杂质的冲蚀，其叶片会出现一定程度的磨损，最终导致离心泵的失效。为了降低离心泵意外失效带来的经济损失和安全隐患，需要建立离心泵状态维修系统。实现离心泵状态维修的基础是掌握其故障规律、了解其失效时的特征参量，从而才能预测其失效时间并评估其有效剩余寿命。但是，目前离心泵失效时的故障数据并不全面，多数离心泵故障发展迅速，且工作现场设备监测参量较少并不能全面反应故障特征；实验室人工故障特征又不完全符合自然故障发展规律，与实际离心泵失效过程有一定差异，而且人工故障点较为离散，不具备连续的故障特征。目前迫切需要针对离心泵叶轮磨损故障，加速离心泵寿命失效过程，全程监测其流量、压力、振动和电流等多种信号，获取其全寿命故障信息，为后续的特征量提取和寿命管理算法的研究奠定基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台及其试验方法，用于离心泵失效老化试验，获取离心泵失效故障传感信息，为离心泵的故障诊断和寿命评估提供数据支持。实现本专利技术目的的的技术方案如下。一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台，其特征在于：所述离心泵加速寿命试验平台是由双循环测量隔离管路结构配以监测监控系统构成；所述双循环测量隔离管路结构，包括离心泵、砂水箱、清水箱、正压计、负压计、流量计和阀门；其中：离心泵是通过阀门Ⅲ与砂水箱连通抽取砂水箱中的泥沙水，并经过阀门V4和阀门V5将泥沙水送入砂水箱构成加速寿命循环管路；离心泵是通过阀门V1与清水箱连通抽取清水箱中的清水，并经过阀门V2、流量计和阀门V5将清水送入清水箱构成测量循环管路；正压计安装于离心泵的出水口，负压计安装于离心泵的入水口；正压计、负压计和流量计用于加速寿命平台循环清水时，测量离心泵压力和流量水力参数；所述监测监控系统，包括转速表、电流互感器、电压互感器、加速度传感器、低频数据采集器、高频数据采集器、现场控制器、显示操作屏和控制计算机；其中：低频数据采集器与正压计、负压计、流量计和转速表连接，采集离心泵加速寿命过程中的低频数据信号；高频数据采集器与电流互感器、电压互感器和加速度传感器连接，采集离心泵运行过程中的电流、电压和振动信号；现场控制器与阀门V1~V5和离心泵连接控制离心泵的启停和阀门开关；显示操作屏与低频数据采集器、高频数据采集器和加速度传感器连接显示采集数据和离心泵及阀门动作情况；控制计算机与低频数据采集器、高频数据采集器和加速度传感器连接，远程显示离心泵运行工况，实现远程监控，并存储所采集的数据。在上述技术方案中，进一步的技术特征如下。所述流量计是设置于凹型管道的最低水平管道上，且凹型管道是5倍或者是7倍于直通管道。所述砂水箱的砂水成分为石英砂，石英砂粒径为2~4目，砂水混合比为1：2。所述控制计算机是以太网与现场控制器和数据采集器连接，实时显示数据采集单元传输的传感器数据，并存储于电脑硬盘中，同时远程发送操作命令给现场控制器，执行远程操作。所述现场控制器是PLC可编程器件的一种，执行按钮发出的指令，并根据管路情况，自动切换管路、开关阀门，同时采集低频传感器数据，通过以太网上传给控制计算机。所述低频数据采集器和高频数据采集器的核心器件为采集卡或PLC具有数据采集能力的器件，高频数据采集器的采样频率至少为10kHz。所述现场控制器包括离心泵启停按钮、管路切换按钮、总出口调节阀开度调节旋钮、测量按钮和报警蜂鸣器；其中，测量按钮是自动操作总出口调节阀开度，并记录实时流量和压力，并传输给控制计算机拟合出离心泵的实时特性曲线；现场控制器根据传感器信息判读当前离心泵是否正常工作，通过蜂鸣器报警。一种用于上述所提供的一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台的试验方法，所述试验方法中的加速寿命试验循环管路中的砂水箱内为砂水混合流体，用来加速离心泵磨损；测量循环管路中的清水箱内的介质为清水，用来测量离心泵的水力性能，当加速离心泵寿命时，通过阀门控制，使介质其在砂水箱自循环流动；当测量离心泵性能时，控制阀门，切换管路，使用清水箱中的清水实现水力性能测试。其中，所述试验方法中当测量离心泵特性曲线时，阀门V1和阀门V2打开，阀门V3和阀门V4关闭；加速寿命试验平台运行在“测量循环管路”上，循环清水箱内的清水；通过调节阀门V5的开度，测出一系列P2、P1和Q，根据公式绘制出离心泵的特性曲线；当对离心泵进行加速失效时，阀门V1和阀门V2关闭，阀门V3和阀门V4打开；加速寿命试验平台运行在“加速寿命试验循环管路”上，循环砂水箱内的砂水混合流体，通过砂水箱中含砂水对离心泵的冲蚀，加速离心泵的失效过程。本专利技术上述技术方案与现有技术对比，具有如下的优点与积极效果。本专利技术的主要目的在于加速离心泵的失效过程，同时测得离心泵在失效过程中各个阶段的特性曲线和工况信息，现有技术中的试验平台或装置主要是对离心泵的初始特性曲线进行测试和记录，或者主要测试离心泵的水力性能，并没有涉及离心泵加速失效或加速寿命研究，本专利技术既可以测试离心泵的初始特性曲线，同时又可以加速离心泵的失效过程，测得其在不同阶段的特性曲线，从而获得离心泵失效过程中的健康数据。本专利技术采用双循环测量隔离管路结构，加速管路与测量管路相互独立，同时又都与离心泵连接，使得在加速离心泵失效过程的同时，在线测量离心泵的特性曲线和工况信息，防止加速砂水对传感器造成冲蚀，同时也防止含砂水在流量计弯管段堵塞管路。本专利技术在试验过程中采集全面的传感数据，不仅包括测量特性曲线必备流量、正压、负压和转速，还包括振动数据、电压和电流数据，其中电压和电流不仅仅是采集其有效值，而是使用高速采集卡采集三相电压和三相电流的波形，分析离心泵的电能质量，存储离心泵在失效过程中，电能质量的变化数据。本专利技术具有现场控制，并通过手动控制按钮现场控制离心泵的启停、管路切换和阀门开度等操作，同时现场控制器上具有人机界面，可以实时显示离心泵当前的工况信息，现场控制器采样PLC作为主控单元，可以根据传感信息，自动切换管路、启停水泵，当出现意外情况时可通过蜂鸣器报警。本专利技术数据采集单元采用PLC与采集卡结合的方案，将传感器信号分为低频信号和高频信号，使用不同的元件采集数据，保证采集数据的精度，降低数据采集单元的成本。本专利技术现场控制器与控制计算机通过以太网连接，将数据采集单元采集的数据上传给控制计算机显示存储，控制计算机可以通过以太网实时显示离心泵工况，并可以远程操作试验平台，不需要试验人员在现场实时监测离心泵运行状态，有效改善试验管理模式，降低试验人员工作强度，提高试验工作效率。本专利技术控制计算机根据数据采集单元采集回的传感器信息，绘制出特性曲线，并拟合出离心泵特性曲线方程，并给出特性曲线方程的置信区间，现有技术中多数能绘制出离心泵的特性曲线方程，但并不能给出其数据的置信区间，本专利技术可以实现显示当前离心泵的特性曲线和对应的置信区间，供试验人员判断当前离心泵工况数据的可靠性。附图说明图1是本专利技术矿用离心泵加速寿命试验平结构示意图。图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台，其特征在于：所述离心泵加速寿命试验平台是由双循环测量隔离管路结构配以监测监控系统构成；所述双循环测量隔离管路结构，包括离心泵（1）、砂水箱（2）、清水箱（3）、正压计（4）、负压计（5）、流量计（6）和阀门V1~V5；其中：离心泵（1）是通过阀门Ⅲ（V3）与砂水箱（2）连通抽取砂水箱（2）中的泥沙水，并经过阀门V4和阀门V5将泥沙水送入砂水箱（2）构成加速寿命循环管路；离心泵（1）是通过阀门V1与清水箱（3）连通抽取清水箱（3）中的清水，并经过阀门V2、流量计（6）和阀门V5将清水送入清水箱（3）构成测量循环管路；正压计（4）安装于离心泵（1）的出水口，负压计（5）安装于离心泵（1）的入水口；正压计（4）、负压计（5）和流量计（6）用于加速寿命平台循环清水时，测量离心泵压力和流量水力参数；所述监测监控系统，包括转速表（7）、电流互感器（8）、电压互感器（9）、加速度传感器（10）、低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）、现场控制器（13）、显示操作屏（14）和控制计算机（15）；其中：低频数据采集器（11）与正压计（4）、负压计（5）、流量计（6）和转速表（7）连接，采集离心泵（1）加速寿命过程中的低频数据信号；高频数据采集器（12）与电流互感器（8）、电压互感器（9）和加速度传感器（10）连接，采集离心泵（1）运行过程中的电流、电压和振动信号；现场控制器（13）与阀门V1~V5和离心泵（1）连接控制离心泵的启停和阀门开关；显示操作屏（14）与低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）和加速度传感器（10）连接显示采集数据和离心泵及阀门动作情况；控制计算机（15）与低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）和加速度传感器（10）连接，远程显示离心泵运行工况，实现远程监控，并存储所采集的数据。...

【技术特征摘要】
1.一种矿用离心泵在线加速寿命试验平台，其特征在于：所述离心泵加速寿命试验平台是由双循环测量隔离管路结构配以监测监控系统构成；所述双循环测量隔离管路结构，包括离心泵（1）、砂水箱（2）、清水箱（3）、正压计（4）、负压计（5）、流量计（6）和阀门V1~V5；其中：离心泵（1）是通过阀门Ⅲ（V3）与砂水箱（2）连通抽取砂水箱（2）中的泥沙水，并经过阀门V4和阀门V5将泥沙水送入砂水箱（2）构成加速寿命循环管路；离心泵（1）是通过阀门V1与清水箱（3）连通抽取清水箱（3）中的清水，并经过阀门V2、流量计（6）和阀门V5将清水送入清水箱（3）构成测量循环管路；正压计（4）安装于离心泵（1）的出水口，负压计（5）安装于离心泵（1）的入水口；正压计（4）、负压计（5）和流量计（6）用于加速寿命平台循环清水时，测量离心泵压力和流量水力参数；所述监测监控系统，包括转速表（7）、电流互感器（8）、电压互感器（9）、加速度传感器（10）、低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）、现场控制器（13）、显示操作屏（14）和控制计算机（15）；其中：低频数据采集器（11）与正压计（4）、负压计（5）、流量计（6）和转速表（7）连接，采集离心泵（1）加速寿命过程中的低频数据信号；高频数据采集器（12）与电流互感器（8）、电压互感器（9）和加速度传感器（10）连接，采集离心泵（1）运行过程中的电流、电压和振动信号；现场控制器（13）与阀门V1~V5和离心泵（1）连接控制离心泵的启停和阀门开关；显示操作屏（14）与低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）和加速度传感器（10）连接显示采集数据和离心泵及阀门动作情况；控制计算机（15）与低频数据采集器（11）、高频数据采集器（12）和加速度传感器（10）连接，远程显示离心泵运行工况，实现远程监控，并存储所采集的数据。2.根据权利要求1所述的矿用离心泵在线加速寿命试验平台，其特征在于：所述流量计（6）是设置于凹型管道的最低水平管道上，且凹型管道是5倍或者是7倍于直通管道。3.根据权利要求1所述的矿用离心泵在线加速寿命试验平台，其特征在于：所述砂水箱（2）的砂水成分为石英砂，石英砂粒径为2~4目，砂水混合比为1：2。4.根据权利要求1所述的矿用离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建成，田慕琴，姚宇，郭文琪，郑丽君，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14