一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法及诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法，包括以下步骤：获得不同流量下水平方向和竖直方向的叶轮所受水力径向力的时间序列；确定振动烈度临界值；实时采集运行流量和驱动端轴承的振动加速度值以及叶轮相位，并生成相应的时间序列；计算水平方向和竖直方向的振动烈度以及流量平均值；判断离心泵是否存在振动故障，若存在，则进一步计算相关水力径向力和振动加速度时间序列之间的相关系数。本发明专利技术还公开了一种清水离心泵振动故障的简易诊断系统，包括数据输入模块、采集模块、存储模块、运算模块和显示模块。本发明专利技术提供的清水离心泵振动故障的简易诊断方法及诊断系统，将数值计算和现场测试数据充分融合，稳定可靠，适用性广。适用性广。

【技术实现步骤摘要】
一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法及诊断系统


[0001]本专利技术涉及离心泵领域，具体涉及一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法及诊断系统。

技术介绍

[0002]离心泵是一种工农业生产和居民生活不可或缺的通用机械，而清水离心泵则是离心泵众多门类中应用最为广泛的一种。清水离心泵被设计用于输送清水介质，并提高清水介质的压力，主要服务于工业循环冷却水系统和自来水系统等给排水领域。为了保证所处系统正常的工作，应当尽量使清水离心泵处于安全稳定的运行状态，而一旦清水离心泵发生运行故障，应该第一时间内判断出其状态并给出大致的故障诱导因素以方便及时进行针对性维修。
[0003]对清水离心泵而言，其最为常见也最受人们关注的故障现象体现为超过合适范围的振动。离心泵运行过程中振动现象的诱发主要有机械因素和内部流体流动因素这两大方面。其中，机械因素主要与离心泵生产和安装环节的加工制作以及装配有关。譬如叶轮质量不平衡、主轴装配不对中等因素会带来较为明显的转子系统振动；而流体因素则在于离心泵内部复杂非稳态流动过程的流体激励有关。当前，人们对于上述机械因素的研究已经较为全面和成熟，并发展了大量的机械故障检测与诊断技术和工具；而对于泵内部流体流动因素的研究则比较少。事实上，对于清水离心泵，尤其是较低比转速的清水离心泵而言，其非额定流量工况下流体流动带来的泵结构振动现象比较显著，在各种离心泵的结构振动因素中占据十分重要的地位。
[0004]清水离心泵内部非稳态流体流动诱导结构产生振动现象，主要分为叶轮途径和蜗壳途径。其中，叶轮途径的振动水平与离心泵高速运动的转子系统的安全稳定性密切相关，而其振动产生则以非稳态流体流动过程作用在叶轮上的水力径向力为基础。若离心泵转子系统的振动水平较高，超过其正常合理范围，则说明离心泵出现振动故障状态；而离心泵的振动故障，究竟是由加工、装配等机械因素引起，还是由于内部流体流动造成的，则取决于作用在叶轮上的水力径向力时间序列和振动加速度信号时间序列之间的相关程度。
[0005]当离心泵处于振动故障状态时，有必要及时作出分析，准确判断故障的诱导源是机械因素还是内部流体流动因素，以便进行针对性的人工处置和维护保养。然而，公知的离心泵振动故障诊断，主要关注于机械因素，而对离心泵内部的流体流动因素研究较少，也缺乏相关的技术工具报道。因此，从离心泵的安全稳定运行和及时维修保养角度出发，有必要对离心泵振动故障时的故障大致源头进行简易的诊断，判断离心泵的振动故障是否由内部流体流动所诱发，以便在必要的时候迅速准确地采取干预和维修措施，以免产生不良的后果。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种稳定可靠、简单方便、成本较低且科学准
确的清水离心泵振动故障的简易诊断方法，并提供一种清水离心泵振动故障的简易诊断系统。
[0007]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法，其特征在于，分为以下步骤：
[0008]步骤1、以0.1Q
n
为间隔，应用计算流体力学软件Fluent进行离心泵内部流场的瞬态计算，单个流量下瞬态计算的时间长度为N个额定转速下对应的叶轮旋转周期，依次获得0.5Q
n
～1.5Q
n
流量范围内共计11个不同流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列，以上Q
n
为离心泵的额定流量值，N为处于2～10的正整数。
[0009]步骤2、根据《GB/T 29531-2013泵的振动测量与评价方法》确定离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值。
[0010]步骤3、实时采集离心泵的运行流量和离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动加速度值的时间序列以及叶轮所处相位的时间序列，并通过将振动加速度值对时间积分的方式分别生成离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值时间序列。
[0011]步骤4、按照一定的时间间隔进行运行时间分段，在当前运行时间段内分别对离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值的时间序列进行振动烈度的计算，并计算出当前运行时间段内的流量平均值。
[0012]步骤5、将步骤4获得的离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向的振动烈度均小于步骤2确定的振动烈度临界值，则判断离心泵不存在振动故障；否则，判断离心泵存在振动故障，并进一步分别计算出当前运行时间段内与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下水平方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数，以及与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下竖直方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数，以获得的相关系数值作为离心泵振动故障原因由泵内流体流动因素诱发的可能性的判断依据。
[0013]上述清水离心泵振动故障的简易诊断方法，所述步骤1离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列的获得，分为以下子步骤：
[0014]子步骤S10、绘制离心泵三维水力模型，记录三维水力模型中叶轮所处的相位，划分数值计算用网格，并导入计算流体力学软件Fluent中；
[0015]子步骤S20、在计算流体力学软件Fluent中，设置模型为瞬态计算，流动介质相关物理性质为水的性质，离心泵进口为运行流量0.5Q
n
所对应的流量条件，出口为0压力条件，设置叶轮区域所属网格按照额定转速旋转，设置瞬态计算总的时间长度为N个叶轮旋转周期，单个迭代时间步的时间长度为m与1个叶轮旋转周期的乘积，随后进行瞬态计算，在瞬态计算过程中将叶轮表面所受压强对叶轮表面积进行积分，分别获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列，以上m处于0.001至0.01之间；
[0016]子步骤S30、将子步骤S20中的运行流量在原基础上增大0.1Q
n
，维持其他设置不变，获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列；
[0017]子步骤S40、不断重复子步骤S30，直至获得1.5Q
n
流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列。
[0018]上述清水离心泵振动故障的简易诊断方法，所述步骤2离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值的获得，根据《GB/T 29531-2013泵的振动测量与评价方法》，先根
据离心泵的中心高和额定转速确定离心泵的分类，再确定当前离心泵分类下其振动级别为不合格时对应的最小振动烈度值，即为离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值。
[0019]上述清水离心泵振动故障的简易诊断方法，所述步骤3离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动加速度值的时间序列以及叶轮所处相位的时间序列的采集，信号采集的时间周期固定且其长度等于步骤2的子步骤S20中单个迭代时间步的时间长度。
[0020]上述清水离心泵振动故障的简易诊断方法，所述步骤4的时间分段，分段的时间间隔与步骤1中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法，其特征在于，分为以下步骤：步骤1、以0.1Q
n
为间隔，应用计算流体力学软件Fluent进行离心泵内部流场的瞬态计算，单个流量下瞬态计算的时间长度为N个额定转速下对应的叶轮旋转周期，依次获得0.5Q
n
～1.5Q
n
流量范围内共计11个不同流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列，以上Q
n
为离心泵的额定流量值，N为处于2～10的正整数。步骤2、根据《GB/T 29531-2013泵的振动测量与评价方法》确定离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值。步骤3、实时采集离心泵的运行流量和离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动加速度值的时间序列以及叶轮所处相位的时间序列，并通过将振动加速度值对时间积分的方式分别生成离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值时间序列。步骤4、按照一定的时间间隔进行运行时间分段，在当前运行时间段内分别对离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值的时间序列进行振动烈度的计算，并计算出当前运行时间段内的流量平均值。步骤5、将步骤4获得的离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向的振动烈度均小于步骤2确定的振动烈度临界值，则判断离心泵不存在振动故障；否则，判断离心泵存在振动故障，并进一步分别计算出当前运行时间段内与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下水平方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数，以及与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下竖直方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数，以获得的相关系数值作为离心泵振动故障原因由泵内流体流动因素诱发的可能性的判断依据。2.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法，其特征在于，步骤1所述的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列的获得，分为以下子步骤：子步骤S10、绘制离心泵三维水力模型，记录三维水力模型中叶轮所处的相位，划分数值计算用网格，并导入计算流体力学软件Fluent中；子步骤S20、在计算流体力学软件Fluent中，设置模型为瞬态计算，流动介质相关物理性质为水的性质，离心泵进口为运行流量0.5Q
n
所对应的流量条件，出口为0压力条件，设置叶轮区域所属网格按照额定转速旋转，设置瞬态计算总的时间长度为N个叶轮旋转周期，单个迭代时间步的时间长度为m与1个叶轮旋转周期的乘积，随后进行瞬态计算，在瞬态计算过程中将叶轮表面所受压强对叶轮表面积进行积分，分别获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列，以上m处于0.001至0.01之间；子步骤S30、将子步骤S20中的运行流量在原基础上增大0.1Q
n
，维持其他设置不变，获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列；子步骤S40、不断重复子步骤S30，直至获得1.5Q
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流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列。3.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法，其特征在于，步骤2所述的离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值的获得，根据《GB/T 29531-2013泵的振动测量与评价方法》，先根据离心泵的中心高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翮辉，常春平，游浩林，陈嘉宏，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：