[发明专利]检测泵中的汽蚀的系统和方法

说明书

政府许可权利

本发明至少部分地在联邦能源部授予的基于合同No.DE-FC36-04GO14000的政府支持下作出。政府可对本发明具有特定权利。

技术领域

本发明一般涉及泵，特别涉及用于检测由电动机驱动的泵中的汽蚀（cavitation）的系统和方法。

背景技术

当可用净正吸引高度（suction head）变得小于所需高度时，在泵中发生汽蚀。在汽蚀期间，吸引压力小于液体的汽化压力，因此，使得泵中的液体汽化，并形成小的气泡。随着蒸气泡从泵眼逸出，压力上升并压缩蒸汽，这使得蒸气泡瓦解或炸开，典型地在流体中发送非常强的局部震动波。震动波中存在的能量常常通过导致推进器叶片表面上的凹蚀（pitting）而损坏推进器。蒸气泡瓦解导致的凹蚀在部件上产生磨损，并能导致泵的过早故障。汽蚀还减小泵的流速，由此对泵的运行产生负面影响。

用于检测汽蚀的现有方法已经包括使用多种类型的传感器，例如水中测音器或振动和压力传感器的结合使用。尽管这些传感器可辅助判断电动机/泵系统的运行特性，它们典型地必须安装在泵系统的工作框架内，增加了泵系统的复杂性和附加成本。其他的技术着重于使用模糊-专家系统和神经网络的电流特征（signature）分析。这些方法需要复杂的信号处理来检测汽蚀。

因此，希望设计出这样的检测泵汽蚀的系统和方法：其消除了对附加传感器和复杂的信号处理的需求。

发明内容

本发明提供了用于检测泵中的汽蚀的系统和方法。

根据本发明一实施形态，控制器被配置为监视泵汽蚀。控制器包含处理器，其被编程为重复地接收来自对泵进行驱动的电动机的实时运行电流数据，由电流数据产生电流频谱，并在电流频谱的一对特征频带内对电流数据进行分析。处理器进一步被编程为，作为该特征频带对内的电流数据的函数，重复地确定故障特征，基于故障特征和动态基准特征，重复地确定故障指标（index），将故障指标与基准指标进行比较，基于基准指标与当前故障指标之间的比较来识别汽蚀条件。

根据本发明另一实施形态，检测由电动机驱动的泵中的汽蚀的方法包含：访问与由可变频率驱动器控制的电动机对应的电动机电流数据，产生从中移除基本频率（fundamental frequency）的修改后的电动机电流数据，在修改后的电动机电流数据上进行频谱分析，以产生电流频谱。该方法还包含，在电动机运行时间段上，由电流频谱产生复数个故障指标样本，使用所述复数个故障指标样本的历史故障指标样本计算汽蚀阈值，如果实时故障指标样本大于汽蚀阈值，产生警报。

根据本发明又一实施形态，一种计算机可读存储介质具有存储于其上的计算机程序，该计算机程序包含指令，当该指令由至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器接收来自耦合到电动机/泵系统的传感器系统的电流数据并对电流数据进行调节。该指令还使得所述至少一个处理器产生电流数据的频谱，并从频谱提取故障特征和基准特征，故障特征和基准特征代表电动机/泵系统的负载条件和运行频率。该指令还使得所述至少一个处理器使用故障特征和基准特征来计算故障指标，将故障指标与故障阈值进行比较，如果故障指标大于故障阈值则产生警报。

由下面的详细介绍和附图，将会明了本发明的多种其他特征和优点。

附图说明

附图示出了当前为实现本发明所想到的优选实施例。

在附图中：

图1为控制系统的原理图，其包含根据本发明一实施形态的电动机驱动系统；

图2为控制系统的原理图，其包含根据本发明另一实施形态的电动机驱动系统；

图3为控制系统的原理图，其包含根据本发明又一实施形态的电动机驱动系统；

图4为控制系统的原理图，其包含根据本发明一实施形态的电动机保护系统；

图5为控制系统的原理图，其包含根据本发明一实施形态的电动机启动器系统；

图6为根据本发明一实施例用于检测泵汽蚀的技术；

图7为一示例性图表，其示出了具有和不具有汽蚀的电动机的频谱；

图8为一示例性图表，其示出了用于确定基准底（reference floor）的电动机的频谱。

具体实施方式

给出了本发明的几个实施例，其与检测由AC电动机驱动的泵中的汽蚀的系统和方法有关，该AC电动机可由固定频率电源或可变频率电源馈电。系统监视电动机电流并进行电流分析，以产生基准电流，从而识别正常运行条件以及指示汽蚀条件的故障特征。