基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法

摘要

本发明公开了基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法，该方法包含：测量叶片泵出口的压力脉动信号，将叶片泵出口的压力脉动信号进行功率谱密度变换，获取泵出口压力脉动的功率谱密度在2倍轴频处的极值随流量变化关系，在流量变化过程中该极值达到最大值点时所对应的流量点为叶片泵的驼峰点。本发明的方法能够准确且明显地反映出泵的驼峰点工况，且能够实现泵内回流及旋转失速等不稳定流动状态的获取。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体机械流态检测方法，具体涉及基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法。

背景技术

叶片泵作为一种重要的能量转换装置及流体输送设备，被广泛应用于国民经济的各个领域，包括农业灌溉、石油化工、船舶远洋、航空航天、生物制药和人工心脏等。而泵在运行过程中，部分泵因设计的原因存在驼峰特性。泵流量由零增大过程中，泵扬程先随之逐渐增大而后又降低，该过程中泵扬程增大到最大值工况所对应的点称为驼峰点。

泵在小于驼峰点所对应的流量范围运行时，泵内存在旋转失速、回流等极不稳定的流动现象，并诱导噪声、振动和非定常流体力的产生，不利于泵的安全稳定运行。泵的驼峰是泵研究人员在设计过程中应尽量避免的。

因此，对泵的驼峰点进行准确判定，可进一步为泵内不稳定流态的检测提供依据，对保障泵的安全稳定运行具有重要意义。

虽然现有技术能够通过泵性能曲线以判断泵的驼峰点工况，但是当扬程-流量曲线相对平滑时，则不能直观地从性能曲线上直接判断泵驼峰点。此外，泵性能曲线的获取需要测量泵进口和出口相对稳定的静压、流量等参数，还需要知道泵进出口管径。同时，泵的性能曲线并不能反映小流量下旋转失速和回流等不稳定流动。

现有技术对离心泵小流量工况不稳定的流动现象采用声发射技术检测，如中国专利CN201310730630.X，公开了基于声发射技术检测离心泵小流量工况不稳定流动的装置，但是有声发射传感器价格高昂，且要求控制背景噪声。

发明内容

本发明的目的是提供基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法，该方法解决了现有检测方法不能够直观且准确地获得泵驼峰点的问题，能够准确且明显地反映出泵的驼峰点工况，且能够实现泵内回流及旋转失速等不稳定流动状态的获取。

为了达到上述目的，本发明提供了基于压力脉动的叶片泵驼峰点检测方法，该方法包含：测量叶片泵出口的压力脉动信号，将叶片泵出口的压力脉动信号进行功率谱密度变换，获取泵出口压力脉动的功率谱密度在2倍轴频处的极值随流量变化关系，在流量变化过程中该极值达到最大值点时所对应的流量点为叶片泵的驼峰点。

优选地，所述的叶片泵出口的压力脉动信号通过安装在泵出口处的动态压力传感器采集。

优选地，所述的叶片泵出口的压力脉动信号为采集的叶片泵由零流量逐渐增大至最大流量过程中压力脉动信号。

本发明还提供了基于压力脉动的叶片泵不稳定流动的检测方法，该方法包含：测量叶片泵出口的压力脉动信号，将叶片泵出口的压力脉动信号进行功率谱密度变换，获取泵出口压力脉动的功率谱密度在2～3倍轴频段的宽频脉动，该宽频脉动信号强度反映了叶片泵不稳定流动的强度。

优选地，所述的叶片泵出口的压力脉动信号通过安装在泵出口处的动态压力传感器采集。

优选地，所述的叶片泵出口的压力脉动信号为采集的叶片泵由零流量逐渐增大至最大流量过程中压力脉动信号。

优选地，所述的不稳定流动包括：泵内旋转失速和回流。

本发明的基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法，解决了现有检测方法不能够直观且准确地获得泵驼峰点的问题，具有以下优点：

与传统的以泵性能曲线确定泵驼峰点的方法相比，本发明的通过测定泵出口压力脉动，转换为功率谱密度图，不仅可准确且明显地反映出泵的驼峰点工况，还可实现泵内回流及旋转失速等不稳定流动状态的获取，且只需布置一个测压点，无需知道泵进、出口管径，简化了对泵驼峰点及不稳定流动状态的检测。

附图说明

图1为本发明不同流量工况下泵出口的扬程-流量曲线及功率谱密度图。

图2为本发明不同流量工况泵出口压力脉动功率谱密度图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于压力脉动的叶片泵驼峰点检测方法，该方法包含：测量叶片泵出口的压力脉动信号，将叶片泵出口的压力脉动信号进行功率谱密度变换，获取泵出口压力脉动的功率谱密度在2倍轴频处的极值随流量变化关系，在流量变化过程中该极值达到最大值点时所对应的流量点为叶片泵的驼峰点。

功率谱密度表示相关函数的傅里叶变换，反映的是单位频带内信号功率随频率的变化，其定义为：

设f(t)为压力随时间t变化的函数，f_T(t)为f(t)在至

F_T(ω)为f_T(t)的傅里叶变换，根据帕塞瓦尔定理，f_T(t)的能量E_T是：G(f)＝|F_T(ω)|²称为能量谱密度。

故平均功率：

令此极限为功率谱密度。

如图1所示，为本发明不同流量工况下泵出口的扬程-流量曲线及功率谱密度图，图中横坐标为Q/Q_d，即实际流量/设计流量，表示泵的相对流量，图中H/H_d为各流量下实际扬程/设计扬程，表示泵的相对扬程，f₀表示泵的轴频，图中Peak表示泵出口压力脉动的功率谱密度变换后的主频极值，从图1可以看出，扬程-流量曲线相对较平滑，不能直观、准确且明显地反映出泵的驼峰点工况，而转换为功率谱密度图后，能够直观、准确地获得泵的驼峰点。

根据本发明一实施例，叶片泵出口的压力脉动信号通过安装在泵出口处的动态压力传感器采集。

根据本发明一实施例，叶片泵出口的压力脉动信号为采集的叶片泵由零流量逐渐增大至最大流量过程中压力脉动信号。

基于压力脉动的叶片泵不稳定流动的检测方法，该方法包含：测量叶片泵出口的压力脉动信号，将叶片泵出口的压力脉动信号进行功率谱密度变换，获取泵出口压力脉动的功率谱密度在2～3倍轴频段的宽频脉动，该宽频脉动信号强度反映了叶片泵不稳定流动的强度。

如图2所示，为本发明不同流量工况泵出口压力脉动功率谱密度图，从图中可以看出，分布在2至3倍轴频段的宽频脉动信号强度反映了泵内旋转失速及回流等不稳定流动的强度，实现了对泵不稳定流动现象的检测。

根据本发明一实施例，叶片泵出口的压力脉动信号通过安装在泵出口处的动态压力传感器采集。

根据本发明一实施例，叶片泵出口的压力脉动信号为采集的叶片泵由零流量逐渐增大至最大流量过程中压力脉动信号。

根据本发明一实施例，不稳定流动包括：泵内旋转失速和回流。

综上所述，本发明的基于压力脉动的叶片泵驼峰点及不稳定流动的检测方法，该方法能够准确且明显地反映出泵的驼峰点工况，且能够实现泵内回流及旋转失速等不稳定流动状态的获取。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。