一种一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统

本发明涉及水力机械故障诊断，特别涉及一种一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统。

背景技术：

1、随着现代泵业的不断发展，水泵基础理论的研究、水泵性能的改进和水泵方案的设计都不断的完善，相应的水泵的智能监控技术水平也需要不断提高以满足现代泵业的需求。

2、水泵监控主要通过流量、扬程、轴功率、效率、转速等技术指标描述其特性。针对一体化泵站占地面积较小并且所采用的传感器有限的情况，采用软测量技术能够有效节约泵站内部空间。运用软测量技术对泵于泵站监测，可以解决某些情况下需测量的量无法直接使用传感器测量的问题，并且可以有效节约成本。

3、拦污栅能够拦截污水中的较大漂浮物，但较小的漂浮物特别是柔性缠绕物进入泵内难以避免，同时可能会缠绕泵轴造成故障。泵缠绕故障会导致泵扬程降低，转速、转矩减小，甚至导致泵卡死。因此，监测泵缠绕故障有助于早期发现该故障，避免造成更严重的后果。

4、目前已有的一些关于机械故障的监测诊断方法，现有技术公开了“一种旋转机械故障监测系统”，包括传感器、判断模块、数据处理和显示预警模块，能够通过分析振动和转速信号来判断旋转机械轴状态，但该方法只能判断轴是否工作正常而不能判断具体故障。现有技术公开了“一种旋转式工程机械的故障监测方法”，通过转速传感器和压力传感器来监测主轴和偏心轮运行状态，结合机械振动信号来判断旋转机械是否故障，能够对机械进行实时的故障监测，但该方法需将数据与预设的参数数据作比较，效率较低。

5、目前适用的故障诊断方法大多为多信号采集、单信号比对的方法，且难以对特定故障作监测。监测系统识别到故障的存在后不能告知故障发展阶段，需要工作人员再次参与，人工识别故障在给出维修策略，效率较低。而且现有技术的故障识别无法区分缠绕故障，而且缠绕故障随着水泵运行故障的阶段也不同，带来了识别的困难。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统，通过监测一体化泵站的转矩、转速、压力、流量参数，通过对各参数演化规律分析，来判断缠绕故障，并识别区分故障发展阶段。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种一体化泵站缠绕故障诊断方法，包括如下步骤：

4、数据采集：通过至少一种传感器分别采集排污泵出口的流量、排污泵入口与排污泵出口的压力、泵轴输出的扭矩与转速、电机的电流和泵壳的振动；

5、数据预处理：将处理后的数据建立流量信号特征集为{q0，q1}、压力信号特征集为{p01，p02，p1，p2}、转矩信号特征集为{t0，t1}、转速信号特征集为{n0，n1}、电流信号特征集为{i0，i1}和振动信号时域信号特征集为{f0，f1}；

6、其中：{q0}为正常运作状态下流量集；{q1}为实时监测流量集；{p01，p02}分别为正常运作状态下排污泵入口压力集和排污泵出口压力集；{p1，p2}分别为实时监测排污泵入口压力集和实时监测排污泵出口压力集；{n0}为正常运作状态下转速集；{n1}为实时监测转速集；{t0}为正常运作状态下扭矩集；{t1}为实时监测扭矩集；{i0}为正常运作状态下电流集；{i1}为实时监测电流集；{f0}为正常运作状态下振动时域集；{f1}为实时监测振动时域集；

7、故障诊断：根据电流信号特征集和振动信号时域信号特征集判断是否属于缠绕故障、空化故障和叶片故障，具体为：

8、当0<trmsi≤0.005时，泵站处于正常运行状态；当0.005<trmsi≤0.01时，泵站处于缠绕故障；当0.01<trmsi≤0.1时，泵站处于为叶片故障；当0.1<trmsi≤1时，泵站处于为空化故障；

9、当0<trmsf≤0.3时，泵站处于正常运行状态；当0.3<trmsf≤0.45时，泵站处于缠绕故障；当0.45<trmsf≤0.6时，泵站处于为空化故障；当0.6<trmsf≤0.75时，泵站处于为叶片故障；

10、其中trmsi为采样周期内电流均方根；trmsf为采样周期内振动均方根。

11、进一步，所述故障诊断中，当电流信号特征集和转矩信号特征集的判断结果冲突时，若trmsf<0.55且trmsi<0.025时，泵站处于为缠绕故障；若0.35<trmsf<0.55且0.025<trmsi<1时，泵站处于为空化故障；若0.55<trmsf<0.75且0.006<trmsi<1时，泵站处于为叶片故障。

12、进一步，当故障诊断判断处于缠绕故障时，根据流量信号特征集、压力信号特征集、转矩信号特征集和转速信号特征集确定缠绕故障的阶段，具体为：

13、当q1<q0，且0<h1<h0，且0<n1<n0，且0<t1<(0.75～1)t0时，所述缠绕故障位于ⅰ阶段；

14、当q1<q0，且h1<0，且0<n1<n0，且0<t1<t0时，所述缠绕故障位于ⅱ阶段；

15、当q1<q0，且h1<0，且0<n1<n0，且t1<0时，所述缠绕故障位于ⅲ阶段；

16、当q1<q0，且h1<0，且n1＝0，且t1<0时，所述缠绕故障位于ⅳ阶段，式中h1为根据{p1，p2}确定的排污泵的实际扬程；h0为根据{p01，p02}确定的正常运作状态下排污泵的扬程。

17、进一步，根据{p1，p2}确定的排污泵的实际扬程h1，具体为：

18、

19、式中：

20、h1—排污泵的实际扬程，m；

21、p1—排污泵入口压力，pa；

22、p2—排污泵出口压力，pa；

23、c—泵进、出口流速，m/s；

24、zout—排污泵出口高度，m；

25、zin—排污泵进口高度，m；

26、ρ—液体密度，kg/m3；

27、g—中立加速度，m/s2。

28、进一步，所述故障诊断中，采样周期内电流均方根trmsi和采样周期内振动均方根trmsf，具体为：

29、

30、

31、式中，

32、n—采集数；

33、xi-i—i时刻采集到的电流信号值；

34、xi-f—i时刻采集到的振动信号值。

35、一种一体化泵站缠绕故障诊断方法的诊断系统，包括传感器组件、控制系统和预警系统；

36、所述传感器组件包括流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、转速转矩传感器和振动传感器；所述流量传感器用于检测排污泵出口的流量；所述第一压力传感器用于检测排污泵入口的压力；所述第二压力传感器用于检测排污泵出口的压力；所述转速转矩传感器用于检测泵轴输出的扭矩与转速；所述振动传感器用于检测泵壳的振动；

37、所述控制系统根据传感器组件采集的信号，判断故障种类和缠绕故障的阶段。

38、所述预警系统根据故障种类和缠绕故障的阶段发出不同的预警信号。

39、本发明的有益效果在于：

40、1.本发明所述的一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统，通过检测电流和振动2个物理量，根据实际运行过程中各参数间的关系，可以根据快速准确的识别出缠绕故障。

41、2.本发明所述的一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统，通过检测流量、压力、转速和转矩，根据实际运行过程中各参数间的关系，分别对不同运行状态综合判断故障发展的阶段，维修人员可以针对不同阶段给出不同的应对策略。

42、3.本发明所述的一体化泵站缠绕故障诊断方法及故障诊断系统，给出了单一的电流信号特征集和转矩信号特征集的判断结果冲突时的解决方案，这样可以确保故障判断的精确。