一种水泵水锤故障诊断方法技术

本发明专利技术属于水泵水锤故障技术领域，具体涉及一种水泵水锤故障诊断方法。首先获取水泵测试工况下的时域振动信号，根据测试工况下的时域振动信号确定工频值，并构建正弦参考信号；然后将测试工况下的时域振动信号和构建的正弦参考信号输入至变分模式提取计算模型中，得到工频成分信号；接着将测试工况下的时域振动信号减去工频成分信号，得到目标信号；最后提取目标信号的水锤故障特征，并与水泵正常工况下的水锤故障特征进行比较，根据比较结果判断水泵是否发生水锤故障和/或水泵水锤故障的严重程度。本发明专利技术能够有效滤除工频成分信号及其谐频成分，从而准确提取水锤故障特征成分，有效诊断出定频及变频工况下水泵发生的微弱水锤故障。锤故障。锤故障。

A fault diagnosis method for water hammer of water pump

【技术实现步骤摘要】
一种水泵水锤故障诊断方法


[0001]本专利技术属于水泵水锤故障
，具体涉及一种水泵水锤故障诊断方法。

技术介绍

[0002]目前，水泵在起动和停止时，水流会冲击管道，产生一种严重水击，水流对水泵产生一个压力。由于管道光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水力学当中的“水锤效应”。水泵发生水锤故障时常会给水泵带来灾难性的后果，可以破坏水泵，甚至引起水泵反转。
[0003]在水锤故障智能诊断时，由于水泵工频及其谐频成分等干扰信号的影响，往往会造成不平衡故障结论的误判结果。水泵在变频情况下，常规滤波方法难以滤除工频及其谐频成分，而且还有可能滤掉水锤故障特征成分，那么便造成水泵水锤故障诊断不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种水泵水锤故障诊断方法，用以解决现有技术中的水泵水锤故障诊断不准确的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所包括的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
[0006]本专利技术提供了一种水泵水锤故障诊断方法，包括如下步骤：
[0007]1)获取水泵测试工况下的时域振动信号，根据测试工况下的时域振动信号确定工频值；
[0008]2)根据确定的工频值，构建正弦参考信号；
[0009]3)将测试工况下的时域振动信号和构建的正弦参考信号输入至变分模式提取计算模型中，得到工频成分信号；
[0010]4)将测试工况下的时域振动信号减去工频成分信号，得到目标信号；
[0011]5)提取目标信号的水锤故障特征，并与水泵正常工况下的水锤故障特征进行比较，根据比较结果判断水泵是否发生水锤故障和/或水泵水锤故障的严重程度。
[0012]上述技术方案的有益效果为：本专利技术首先基于工频值构建正弦参考信号，将测试工况下的时域振动信号和构建的正弦参考信号共同输入至变分模式计算模型中，以得到工频成分信号，然后将测试工况下的时域振动信号中工频成分信号滤除，得到较为纯净的水锤成分信号，对该水锤成分信号进行水锤故障特征提取，并与正常工况下的水锤故障特征进行比较，便可有效判断水泵是否发生水锤故障以及发生水锤故障的严重程度。该方法能够有效滤除工频成分信号及其谐频成分，从而准确提取水锤故障特征成分，有效诊断出定频及变频工况下水泵发生的微弱水锤故障，避免严重水泵严重水锤故障的发生。
[0013]进一步的，为了准确得到工频值以得到准确的工频成分信号，步骤1)中，采用如下手段以根据测试工况下的时域振动信号确定工频值：将测试工况下的时域振动信号进行傅里叶变换，得到测试工况下的频域振动信号；将测试工况下的频域振动信号中最大幅值处
的频率值作为工频值。
[0014]进一步的，步骤2)中，构建的正弦参考信号具有如下特征：正弦参考信号的频率为所述工频值，正弦参考信号的幅值为所述测试工况下的频域振动信号中最大幅值的一半，正弦参考信号的相位为0。
[0015]进一步的，所述工频成分信号为：
[0016][0017]其中，为工频成分信号；α为平衡J1和J2的参数；为最小化目标函数，δ(t)为Diract分布，表示一阶求导，j为复共轭，u
d
(t)为期望信号，w
d
为u
d
(t)的中心频率；为引入的惩罚函数，β(t)为构建的滤波器的时域冲击响应，f
r
(t)为残余信号；w为频域变量；λ为拉格朗日乘子，为λ(t)的傅里叶变换；为输入信号f(t)的傅里叶变换，且f(t)＝u
d
(t)+f
r
(t)；为u
d
(t)的傅里叶变换。
[0018]进一步的，所述水锤故障特征包括峭度指标、时域包络峭度指标、1倍频指标、2
‑
5倍频频段指标、以及5
‑
分析频率频段指标中的至少一个。
[0019]进一步的，为了准确判断水锤故障的严重程度，步骤5)中，所述水锤故障特征的数量为至少两个，则大于相应正常工况下的水锤故障特征的目标信号的水锤故障特征数量越多，水泵发生水锤故障的程度越严重。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的水泵水锤故障诊断方法的流程图；
[0021]图2是一变频水泵发生水锤故障时的时域信号图；
[0022]图3是图2所示信号的傅里叶谱图；
[0023]图4是按照本专利技术的诊断方法输出的目标信号图；
[0024]图5是图4所示信号的傅里叶谱图。
具体实施方式
[0025]本专利技术的水泵水锤故障诊断方法的基本构思为：首先基于变分模式计算模型将工频成分信号提取出来，然后将测试工况下的时域振动信号中的工频成分信号滤掉，以得到水锤成分信号，即目标信号，最后提取目标信号的水锤故障特征，以确定水泵是否发生水锤故障以及水泵水锤故障的严重程度。下面结合附图及实施例，对本专利技术的水泵水锤故障诊断方法进行详细介绍。其整体流程如图1所示。
[0026]步骤一，获取水泵正常工况下的时域振动信号，并进行时、频域特征提取，特征为五个特征，分别为峭度指标、时域包络峭度指标、1倍频指标、2
‑
5倍频频段指标、以及5
‑
分析频率频段指标，以确定五个基线特征向量。
[0027]步骤二，获取水泵测试工况下的时域振动信号，并对其进行傅里叶变换，得到测试
工况下的频域振动信号，即傅里叶谱图；确定傅里叶谱图中最大幅值处的频率值，并将该频率值作为工频值。
[0028]步骤三，构建正弦参考信号，且构建的正弦参考信号的频率为步骤二中确定的工频值，正弦参考信号的幅值为测试工况下的频域振动信号中最大幅值的一半，正弦参考信号的相位为0。
[0029]步骤四，将水泵测试工况下的时域振动信号与步骤三中构建的正弦参考信号输入至变分模式提取计算模型中，得到工频成分信号。变分模式提取计算模型实现如下：
[0030]假设输入信号f(t)为分解为两个信号——期望信号u
d
(t)和残余信号f
r
(t)，即：
[0031]f(t)＝u
d
(t)+f
r
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0032]通过最小化如下标准进行期望信号u
d
(t)的求解：
[0033][0034]其中，中δ(t)代表Diract分布；w
d
代表u
d
(t)的中心频率；J1代表最小化目标函数；j代表复共轭；代表一阶求导；构建频响如下的滤波器对输入信号进行滤波，以最小化期望信号u
d
(t)与残余信号f
r
(t)的谱重叠问题：
[0035][0036]其中，代表构建滤波器的频域表达；w为频域变量；为进一步最小化期望信号u
d
(t)与残余信号f
r
(t)的谱重叠问题，引入惩罚函数如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泵水锤故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取水泵测试工况下的时域振动信号，根据测试工况下的时域振动信号确定工频值；2)根据确定的工频值，构建正弦参考信号；3)将测试工况下的时域振动信号和构建的正弦参考信号输入至变分模式提取计算模型中，得到工频成分信号；4)将测试工况下的时域振动信号减去工频成分信号，得到目标信号；5)提取目标信号的水锤故障特征，并与水泵正常工况下的水锤故障特征进行比较，根据比较结果判断水泵是否发生水锤故障和/或水泵水锤故障的严重程度。2.根据权利要求1所述的水泵水锤故障诊断方法，其特征在于，步骤1)中，采用如下手段以根据测试工况下的时域振动信号确定工频值：将测试工况下的时域振动信号进行傅里叶变换，得到测试工况下的频域振动信号；将测试工况下的频域振动信号中最大幅值处的频率值作为工频值。3.根据权利要求2所述的水泵水锤故障诊断方法，其特征在于，步骤2)中，构建的正弦参考信号具有如下特征：正弦参考信号的频率为所述工频值，正弦参考信号的幅值为所述测试工况下的频域振动信号中最大幅值的一半，正弦参考信号的相位为0。4.根据权利要求1所述的水泵水锤故障诊断方法，其特征在于，步骤3)中，所述工频成分信号为：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏超，韩捷，胡鑫，陈磊，李永耀，
申请(专利权)人：郑州恩普特科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：