水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法技术

本发明专利技术公开了一种水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法，具体为：获取水泵站吸入管的压力脉动信号p(t)，对其进行无量纲处理得到压力脉动时域信号C

【技术实现步骤摘要】
水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法


[0001]本专利技术属于水利工程
，具体涉及一种通过压力脉动信号识别水泵站吸入管内部流动状态的方法。

技术介绍

[0002]在水泵站的运行中，水泵能否安全高效地运行与泵站的水流流态息息相关。作为连接泵站进水池和水泵的关键装置，吸入管中水流流态更是很大程度影响整个水泵机组的运行状态。而吸入管中的水流流态受进水池水位的影响，在对水泵站系统不同进水池水位流场进行数值模拟的过程中，发现当进水池水位降低到某一临界值时，吸入管进口的淹没深度低于临界淹没深度后，不仅会造成进水池吸气涡的出现、吸入管有空气进入，还会恶化吸入管内的水流流态，在吸入管下方管壁的水流流动出现阻滞现象，即流速较低、流线弯曲，这时会严重影响水泵入流条件，进而影响水泵运行的稳定性，甚至可能引起水泵空蚀和机组振动，使机组无法正常运行。因此，提出一种识别水泵站吸入管内部流动状态的方法非常必要，对水泵站的安全、稳定、高效运行具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种水泵站吸入管内部流动状态的识别方法，避免因进水池水位过低而引起吸入管内部流态恶化的现象，为泵站的安全运行提供指导。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、获取水泵站吸入管的压力脉动信号p(t)，并用压力脉动系数公式对压力脉动信号p(t)进行无量纲处理，得到无量纲压力脉动时域信号C<br/>p
(t)；
[0007]步骤2、针对步骤1中无量纲压力脉动时域信号C
p
(t)，采用快速傅里叶变换得到压力脉动信号频域信号G(jω)，提取0.1f
n
处的压力脉动幅值A及0～1f
n
范围内压力脉动频域信号G1(jω)，f
n
为水泵转频；
[0008]步骤3、对步骤2提取到的0～1f
n
压力脉动频域信号G1(jω)进行傅里叶逆变换得到0～1f
n
压力脉动时域信号C
p1
(t)；
[0009]步骤4、根据信号能量E和信号功率P的计算公式计算0～1f
n
压力脉动时域信号C
p1
(t)的能量E和功率P；
[0010]步骤5、根据步骤2提取到的0.1f
n
处的压力脉动幅值A和步骤4得到的0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P计算得出0.1f
n
压力脉动幅值A、0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P的阈值T
A
、T
E
和T
P
；
[0011]步骤6、根据步骤5得到的阈值T
A
、T
E
和T
P
判断吸入管内是否出现不良流态。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]定义步骤1中的压力脉动系数公式为：
[0014][0015]式(1)中：u2＝ωR＝2πnR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]式(1)和式(2)中：p为监测点静压，单位为Pa；为静压平均值，单位为Pa；ρ为流体密度，单位为kg/m3；u2为叶轮出口圆周速度，单位为m/s；R为叶轮出口位置的半径，单位为m；n为水泵转速，单位为r/s。
[0017]步骤3中傅里叶逆变换公式为：
[0018][0019]式(3)中，ω为信号角频率。
[0020]步骤4中信号能量E的计算公式为：
[0021][0022]信号功率P的计算公式为：
[0023][0024]步骤5中的0.1f
n
压力脉动幅值A、0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P的阈值T
A
、T
E
和T
P
的具体确定过程为：
[0025]步骤5.1、计算水泵站不同进水池水位的压力脉动幅值A的均值及标准差S
A
，0.1f
n
压力脉动幅值的阈值为
[0026]步骤5.2、计算水泵站不同进水池水位的0～1f
n
压力脉动信号能量E的均值及标准差S
E
，0～1f
n
压力脉动信号能量的阈值为
[0027]步骤5.3、计算水泵站不同进水池水位的0～1f
n
压力脉动信号功率P的均值及标准差S
P
，0～1f
n
压力脉动信号功率的阈值为
[0028]其中a、b、c均为系数。
[0029]步骤6中判断吸入管内是否出现不良流态的标准为：
[0030]在进水池某水位下，压力脉动信号同时满足以下三个条件：
[0031]0.1f
n
处压力脉动幅值A&gt;T
A
；
[0032]0～1f
n
压力脉动信号能量E&gt;T
E
；
[0033]0～1f
n
压力脉动信号功率P&gt;T
P
；
[0034]则认为此时水泵站吸入管中出现了不良流态。
[0035]本专利技术的有益效果是：本专利技术一种水泵站吸入管的压力脉动识别方法，通过对采集到的吸入管压力脉动信号进行快速傅里叶变换后，分别提取各进水池水位下的0.1倍转频所对应的压力脉动幅值及0～1倍转频范围内的压力脉动信号，计算0～1倍转频范围内压力脉动信号的能量和功率，通过0.1倍转频所对应的压力脉动幅值及0～1倍转频范围内压力脉动信号的能量和功率来识别水泵站吸入管内部流动状态。本方法可对水泵站吸入管内部流动状态做出精准识别，避免水泵机组在进水池水位过低的情况下运行从而导致吸入管
内出现不良流态。
附图说明
[0036]图1是本专利技术水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法的流程图；
[0037]图2是本专利技术实施例中水泵站吸入管监测点位置示意图；
[0038]图3是本专利技术实施例测得的不同进水池水位下的0.1f
n
压力脉动幅值A、0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P曲线图；
[0039]图4及图5是本专利技术发现的水泵站低进水池水位下吸入管不良流态示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0041]本专利技术的水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法，将获取到的泵站压力脉动信号提取特征，通过阈值来判断吸入管的流态状态，识别吸入管中不良流态的出现，如吸入管下方出现的流动阻滞现象。其步骤如图1所示，具体为：
[0042]步骤1：获得水泵站吸入管的压力脉动信号p(t)，本实施例中采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、获取水泵站吸入管的压力脉动信号p(t)，并用压力脉动系数公式对压力脉动信号p(t)进行无量纲处理，得到无量纲压力脉动时域信号C
p
(t)；步骤2、针对步骤1中无量纲压力脉动时域信号C
p
(t)，采用快速傅里叶变换得到压力脉动信号频域信号G(jω)，提取0.1f
n
处的压力脉动幅值A及0～1f
n
范围内压力脉动频域信号G1(jω)，f
n
为水泵转频；步骤3、对步骤2提取到的0～1f
n
压力脉动频域信号G1(jω)进行傅里叶逆变换得到0～1f
n
压力脉动时域信号C
p1
(t)；步骤4、根据信号能量E和信号功率P的计算公式计算0～1f
n
压力脉动时域信号C
p1
(t)的能量E和功率P；步骤5、根据步骤2提取到的0.1f
n
处的压力脉动幅值A和步骤4得到的0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P计算得出0.1f
n
压力脉动幅值A、0～1f
n
压力脉动信号能量E和功率P的阈值T
A
、T
E
和T
P
；步骤6、根据步骤5得到的阈值T
A
、T
E
和T
P
判断吸入管内是否出现不良流态。2.根据权利要求1所述的水泵站吸入管内部流动状态的压力脉动识别方法，其特征在于，定义所述步骤1中的压力脉动系数公式为：式(1)中：u2＝ωR＝2πnR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(1)和式(2)中：p为监测点静压，单位为Pa；为静压平均值，单位为Pa；ρ为流体密度，单位为kg/m3；u2为叶轮出口圆周速度，单位为m/s；R为...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建军，高菉浛，李昀哲，张业田，朱国俊，吴广宽，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：