检测离心泵低流量/气蚀的方法和装置制造方法及图纸

一种用于一泵的电机控制器（１６），该控制器（１６）设计成：　　　　由一电机起动器的至少一个电压传感器（２０）和至少一个电流传感器（２２）获得电压和电流信号（２２、４２、７０、９０）；　　　　由所述电压信号（２０）和电流信号（２２）确定一个所述电机起动器内的功率信号（３２、５０、７６、９８）；　　　　对所述功率信号进行一频谱分析（３４、５６）；　　　　对分析过的功率信号和一基本信号进行比较（３６、６５、８２）；和　　　　由所述比较确定所述泵中低流量和气蚀中的至少一种。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及一种离心泵，更为具体地涉及一种利用来自泵电机控制器组件内的电压和电流传感器的电压和电流数据检测一离心泵内低流量和/或气蚀的方法和装置。潜水电动离心泵一般用于饮用水供应、灌溉、排水以及海上应用。通常电机以及泵都会潜至水下并安装在深达1000米的深井内。此外，电机功率经常达到上至2000kW，电压上至10000V。由于所述泵的远程位置，工况监控和不希望状态的早期检测通常是困难的。离心泵中的低流量和气蚀可能由几种情况造成。例如，当在泵内的低压区形成气泡时可能造成气蚀。这种现象一般称作汽化。当气泡破裂或凝缩(degrade)时，它们在泵中的叶轮片处产生侵蚀。随着时间的推移，这种通常可以作为一种从泵发出的“泵砂”声被觉察到的状况会造成泵的破坏或故障。泵的“低流量”或受限输出(量)是作为由泵的输入或输出处的障碍造成的限制的结果而发生的。由这样一种限制可以造成流体在泵壳体内的再循环。这种再循环会在叶轮的叶片之间造成旋转的涡流。这种涡流作用降低了泵内的扭矩，并最终限制了泵的输出(量)，显然是一种不希望的状况。由于潜水泵在工作中所处的位置，通常难于检测到气蚀或低流量的发生。已经开发了一些系统用于检测气蚀或低流量，但是这些系统需要与泵一体地安装的附加仪器。这些附加仪器增加了泵的复杂程度和制造成本。因此设计一种泵组件是值得期待的，其中在该泵中不需要使用附加仪器即可快速地确定并检测到低流量和/或气蚀。
技术实现思路
本专利技术涉及一种离心泵，在其中检测来自泵电机控制器内电压和电流传感器的电压和电流数据以确定泵中的低流量和/或气蚀，并克服上述缺点。然后由电压和电流数据生成一个功率信号并对其进行频谱分析以确定泵中的低流量或气蚀。这样，在电机或泵上不使用附加的传感器和其它仪器就可以检测到由泵的不正常工作造成的不希望的工作状态并给出一个警告或维修信号。因此，电机功率用来确定泵中是否存在低流量和/或气蚀，即扭矩损失和汽化。功率优选地通过来自一个三相电机的电压和电流数据确定。在对泵组件进行初始设置时，由一已知处于正常良好工作状态的泵确定一个基线信号。然后该基线信号或数据用来与从工作数据中推导出来的对应信号进行对比，以能够容易地确定偏离正常良好工作状态的情况。在一个相对短的时间段如一秒钟内采集电压和电流数据，然后生成相应的功率信号。然后对该功率信号利用一快速傅里叶变换(FFT)进行分析或进行带通滤波，以确定在一个预定频率范围内功率信号中相对于基线信号的增加了的噪声电平/噪声级的位置。通过在感兴趣的频率范围内对转换过或滤波过的信号和所述基线信号的能量进行比较，可以容易地确定指示存在气蚀或低流量的增加了的噪声级。噪声级的相对增量是气蚀或低流量程度大小的指标。优选地，向操作者或其他技术人员提供一个维修或警告信号，这样如果需要，可以关闭泵或对工作条件进行调整以排除造成故障状况的原因。因此，根据本专利技术的一个方面，提供一种用于电动泵的电机控制器。该控制器包括至少一个电压传感器和至少一个电流传感器并设计成接收来自所述至少一个电压传感器和至少一个电流传感器的、工作中的泵的一个电压和一个电流信号。该控制器还设计成可以由所述电压信号和电流信号确定一个功率信号，生成对该功率信号的实时频谱分析并从频谱中提取出重要特征。该控制器还设计成由所述频谱分析确定泵中一个低流量和一个气蚀情况中的至少一个。根据本专利技术的另一个方面，提供一种其上存储有一个用于检测和用信号发送一电动泵的不正常工作情况的计算机程序的计算机可读存储介质。该程序表现为一组指令，该组指令在被一处理器执行时使得该处理器确定一个泵电机组件内功率的实时功率信号。这组指令还使处理器在若干的时间周期上对该实时功率信号进行一频谱分析并由其产生一个实时频谱。然后该计算机程序对实时数据和一个处于良好运行状态的并在名义流量状态工作的系统的基线数据进行比较。然后该计算机程序确定所述基线数据和由当前工作状态中得出的数据之间的差别。如果该差别超过一个阈值，所述计算机程序则提供一个用信号指示泵内的异常运行的外部通知。根据本专利技术的另一个方面，一种检测在离心泵电机中的正常工作的方法包括产生一已知正常工作的泵的一个基线频谱的步骤。该方法还包括从一个功率信号生成工作中的泵的一个实时频谱的步骤，该功率信号是由从所述泵的一个电机中的传感器获得的电压和电流信号推导出的，然后从该频谱中提取包含在一个规定频谱范围中的能量。然后将该能量与从所述基线频谱获得的能量进行比较，并由此确定一个不希望的泵工作状态。如果存在不希望的工作状态，提供一个指示存在该状态的信号。本专利技术的各种其它特征、目的和优点将在下面的详细说明和附图中进行说明。附图的简要说明附图示出目前设计的用于实施所述专利技术的一个优选实施例。其中附图说明图1示出一个用于一离心泵的电机和控制器组件的示意性视图。图2示出一个总体上说明根据本专利技术的检测一离心泵中的低流量和/或气蚀的步骤的流程图。图3示出一个更为详细地说明图2所示步骤的流程图。图4示出一个总体上说明根据本专利技术的另一个实施例的检测一离心泵中的低流量和/或气蚀的步骤的流程图。图5示出一个更为详细地说明图4所示流程图的流程图。优选实施例的具体说明本专利技术涉及对一个具有一个三相电机的离心泵内的低流量和/或气蚀的检测。在图1中示出一个用于一离心泵的电机组件。电机组件10包括一个从电源14接收电力的电机12。该组件还包括监控和控制电机工作的一个控制器16。控制器16包括一个处理器18，如将结合图2-5更为详细说明的，该处理器执行一个根据电压和电流数据确定离心泵中的低流量和/或气蚀的算法。电机控制器组件10还包括一对电压传感器20和一对电流传感器22。众所周知，电压和电流数据可以只由三相电机中的两相得到，这是因为第三相的电压和电流数据可以由被监控的两相的电压和电流数据推导出来。尽管对于本专利技术的说明是关于三相电机的，但本专利技术同样可以应用于单相电机。参考图2，所示为检测和确定一离心泵内低流量和/或气蚀的存在的总体概况。处理器24利用一快速傅立叶变换(FFT)以根据由泵电机中的传感器得到的电压和电流数据产生一个功率信号的频谱分析。利用FFT检测一个离心泵中低流量和/或气蚀状态的过程从利用电机控制器组件中的电压和电流传感器获得电压和电流数据26开始。由于电机控制器一般包括电压和电流传感器，通过直接从电机控制器中的电压传感器(和电流传感器)获得电压和电流数据，就没有必要安装附加的仪器以获得电压和电流数据。获得电压和电流数据后，就在步骤28对信号进行调整(condition)。对电压和电流信号的调整包括对信号进行放大、缓冲(buffering)和防混叠(anti-aliasing)。对电压和电流信号进行恰当的调整以后，将信号输入模数转换器30以进行取样。在步骤32由取样所得电压和电流信号确定一功率信号或计算。所述功率信号是通过将电压值和电流值相乘而确定的。结果是，可以容易地产生一个将电机功率表示为时间函数的功率信号。在步骤34对计算所得的功率信号进行一FFT以产生一频谱。通过对功率信号进行FFT，可以生成一频谱并可以将该频谱的特征与一基线频谱的特征进行比较。根据步骤36的该比较，可以在步骤38输出一个以信号表示该泵中一低流量和/或气蚀的输出信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·施马尔茨，R·P·舒赫曼，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：