一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法和系统，其中该方法包括：S1、获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据；S2、对所述振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱；S3、判断所述包络谱中所述离心泵叶轮的叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带，若是，则执行步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹；S4、对所述边频带进行故障特征趋势分析，分别计算左右边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值的比例；S5、判断所述比例是否超过设定值，若是，则所述叶轮存在裂纹，否则不存在裂纹。本发明专利技术的方法可实现对离心泵叶轮运行状态的有效监测，确保离心泵健康运行。

An on-line monitoring method and system for impeller crack of centrifugal pump

【技术实现步骤摘要】
一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法和系统
本专利技术涉及旋转机械振动监测
，尤其涉及一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法和系统。
技术介绍
核电辅助给水泵作为核电辅助给水系统中的重要设备，在月度试验运行期间处于低流量运行状态，其低流量运行状态使得内部介质工作状态恶化，产生剧烈的压力脉动，压力脉动作用在二级叶轮上使得叶轮产生裂纹，影响核电辅助给水泵的正常运行。在实际应用中，对于核电辅助给水泵的维修采用大修期间更换叶轮转子的方式，缺乏有效的离心泵叶轮裂纹监测方法。目前与离心泵叶轮裂纹故障监测方法相关的研究多集中在离心泵叶轮裂纹产生机理、离心泵低流量压力脉动特性和叶轮裂纹检测方法三方面。余铸忠以某沿海电厂600MW超临界机组循环水泵叶轮开裂分析处理过程为基础，将叶轮开裂原因分为三类：安装质量不足，导致泵体整体运行时振动偏大；叶轮材料浇筑过程产生的内部缺陷；海水工质引起的应力腐蚀加速叶轮失效。张宗来等人通过对汽动给水泵二级叶轮采取拉伸性能试验、硬度试验和金相检验等方法对其开裂原因进行分析，表明列轮裂纹的扩展方式是由表面缺陷处启裂，以疲劳方式扩展的于高周疲劳裂纹，且叶轮浇筑过程中的细小缺陷加速了叶轮裂纹的扩展过程。朱跃通过对核主泵建立完整流体动力学模型，使用流固耦合方法分析了多工况下核主泵内部流动特性，并将流固耦合得到的压力脉动加载到叶轮上。分析结果表明叶轮最大应力集中在叶片出口边和后盖板接触位置，此位置易出现疲劳，并验证了叶轮最大应力具有明显的周期性。吴仁卿等人指出离心泵内部压力脉动是周期信号，主要由三种成因：动静干扰引起的压力脉动；二次流造成的压力脉动和汽蚀造成的压力脉动。吴伟领等人对离心泵叶轮尾部区域及泵壳出口处的二次流进行了分析，分析结果表明当离心泵偏离设计工况时叶轮尾部受压力脉动影响较大。徐朝晖等人通过对CFD方法对高速离心泵诱导轮内有动静干扰引起的压力脉动进行了数值模拟，模拟结果表明高速离心泵诱导轮流道内压力脉动特性频率成分相似，压力脉动主频率的大小和叶轮叶片在某转速下的固有频率接近，提出和叶片固有频率相近的压力脉动作用在叶片上是叶轮产生疲劳裂纹的主要的原因。杨平波等人通过使用PT检测技术对离心泵运行期间的叶轮进行检测，而PT检测需要对叶轮进行拆卸，无法满足核电工业在线监测的需求。Nasiri等人提出了一种基于振动信号的离心泵监测方法，对于离心泵的空化故障监测有一定效果。由此可见，目前和核电辅助给水泵二级叶轮裂纹监测方法相关的研究集中在叶轮裂纹故障机理和压力脉动特性研究方面，更少有研究提出对叶轮裂纹实时监测的有效方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法和系统，以实现离心泵叶轮运行状态的有效监控。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法，该方法包括如下步骤：S1、获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据；S2、对所述振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱；S3、判断所述包络谱中离心泵叶轮的叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带，若是，则执行步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹；S4、对所述边频带进行故障特征趋势分析，分别计算左右边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值的比例；S5、判断所述比例是否超过设定值，若是，则所述叶轮存在裂纹，否则不存在裂纹。其中，所述步骤S2具体包括：以振动加速度谱的载波带的频率范围作为包络的上下限，对振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱。其中，所述步骤S3具体包括:判断在设定的第一频率至所述叶片通过频率的范围内是否出现宽度为一倍所述泵端轴承转动频率的左边频带，判断在所述叶片通过频率至设定的第二频率的范围内是否出现宽度为一倍所述泵端轴承转动频率的右边频带，若出现所述左边频带和所述右边频带，则执行所述步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹。其中，所述设定的第一频率等于所述叶片通过频率减去一倍所述泵端轴承转动频率获得的差值；所述设定的第二频率等于所述叶片通过频率加上一倍所述泵端轴承转动频率获得的和值。其中，所述步骤S4具体包括：计算所述左边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值之间的第一比值；计算所述右边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值之间的第二比值；分别判断所述第一比值和所述第二比值是否都大于所述设定值，若是，则离心泵叶轮存在裂纹，否则，离心泵叶轮不存在裂纹。其中，所述设定值为0.4。本专利技术还提供一种离心泵叶轮裂纹故障在线检测系统，包括：获取单元，用于获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据；包络处理单元，用于对所述振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱；边频带判断单元，用于判断所述包络谱中所述离心泵叶轮的叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带；比例计算单元，用于在叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带时，对所述边频带进行故障特征趋势分析，分别计算左右边频带的幅值相与所述叶片通过频率的幅值的比例；判断单元，用于判断所述比例是否超过设定值，若是，则判定所述叶轮存在裂纹，否则不存在裂纹。本专利技术实施例的有益效果在于：通过首先判断叶片通过频率的左右两边是否出现边频带作为裂纹的初步判断条件，在左右均出现边频带的情况下，进一步判断边频带幅值与叶片通过频率幅值之间的比值与设定值之间的大小关系来判断叶轮是否具有裂纹。本专利技术的在线监测方法能够实现对离心泵叶轮运行状态的有效监测，确保离心泵健康稳定运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。图1是本专利技术实施例的一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法流程示意图。图2是本专利技术实施例的一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法的振动加速度传感器设置结构示意图。图3是本专利技术实施例的一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法的2H点处的振动数据包络谱示意图。图4是本专利技术实施例的一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法的2H点处的边频带幅值相对大小变化趋势图。图5是本专利技术实施例的一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法边频带幅值相对大小与有无裂纹的关系示意图。具体实施方式以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本专利技术可以用以实施的特定实施例。以下参照图1进行说明，本专利技术实施例一提供一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法，该方法包括如下步骤：S1、获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据。具体地，图2示出了振动加速度传感器布置示意图，包括设置在泵端轴承水平测点2H处的第一传感器，设置在泵端轴承垂直测点2V处的第二传感器、设置在驱动端轴承水平测点1H处的第三传感器、设置在驱动端轴承垂直测点1V处的第四传感器、设置在泵出口水平测点6H处的第五传感器、设置在泵出口垂直测点6V处的第六传感器、泵入口水平测点5H处的第七传感器、泵入口垂直测点5V处的第八传感器、设置在泵壳轴向测点7H处的第九传感器、设置在泵地脚测点3V处的第十传感器，按照上述加速度传感器布置图，放置加速度传感器并保证加速度传感器工作面与被侧表面紧紧贴合，采集离心泵泵端轴承水平测点2H处的振动加速度数据。S2、对所述振动数据进行包络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据；S2、对所述振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱；S3、判断所述包络谱中离心泵叶轮的叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带，若是，则执行步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹；S4、对所述边频带进行故障特征趋势分析，分别计算左右边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值的比例；S5、判断所述比例是否超过设定值，若是，则所述叶轮存在裂纹，否则不存在裂纹。

【技术特征摘要】
1.一种离心泵叶轮裂纹故障在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取离心泵泵端轴承水平测点的振动数据；S2、对所述振动数据进行包络处理，获得所述振动数据的包络谱；S3、判断所述包络谱中离心泵叶轮的叶片通过频率的左右两边是否均出现边频带，若是，则执行步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹；S4、对所述边频带进行故障特征趋势分析，分别计算左右边频带的幅值与所述叶片通过频率的幅值的比例；S5、判断所述比例是否超过设定值，若是，则所述叶轮存在裂纹，否则不存在裂纹。2.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：以振动加速度谱的载波带的频率范围作为包络的上下限，对振动数据进行包络解调处理，获得所述振动数据的包络谱。3.根据权利要求2所述的在线监测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括:判断在设定的第一频率至所述叶片通过频率的范围内是否出现宽度为一倍所述泵端轴承转动频率的左边频带，判断在所述叶片通过频率至设定的第二频率的范围内是否出现宽度为一倍所述泵端轴承转动频率的右边频带，若出现所述左边频带和所述右边频带，则执行所述步骤S4，否则，离心泵叶轮不存在裂纹。4.根据权利要求3所述的在线监测方法，其特征在于：所述设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远征，刘政，郑鸿恩，尤凌祎，肖志慧，宋彦霖，宋永军，吴骞，张宏洋，陈德金，
申请(专利权)人：辽宁红沿河核电有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21