[发明专利]一种离心泵空化诊断的方法及其装置

权利要求书

1.一种离心泵空化诊断的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过信号采集模块采集测量离心泵运行时驱动电机瞬态电流和电压信号、离心泵进、出口压力和温度，再通过信号调理模块转化成0-3V电压信号，用于分析计算；

步骤S2、计算出水泵和电机能耗及效率；

步骤S3、对瞬态电流信号进行分析，利用奇异值分解剔除电流中的工频分量；

步骤S4、通过Hilbert-Huang变换分析电流信号；

步骤S5、根据步骤S4所得的Hilbert时频谱和边际谱，计算出反映泵运行工况和空化发生的特征参数；

步骤S6、将提取的信号特征参数与泵额定工况下正常运行时的特征参数进行对比，推算出空化发生的程度，若一阶IMF的有效值和峭度指标，以及边际谱能量最大值超出阈值，则立即发出发生空化的警告；若能耗超出阈值，则发出能耗过高的警告；若效率低于用户最低要求，则发出效率过低的警告。

2.根据权利要求1所述的离心泵空化诊断的方法，其特征在于，所述步骤S2中通过以下公式进行计算：

电机输入功率

水泵输入功率与电机输出功率相等

电机效率

泵效率

式中：U为电机电压；I为电机电流；cosφ为电机功率因数；ρ为水的密度；g为重力加速度；Q为水泵进口流量；H为水泵扬程；为平均等温系数；为水的平均比热，J·(kg·K)^-1；p₁、p₂分别为泵进、出口截面压强，Pa；为水的平均比容；T₁、T₂分别为泵进、出口温度。

3.根据权利要求1所述的离心泵空化诊断的方法，其特征在于，所述步骤S3具体步骤为：

(1)将获得的离散电流信号序列A构造成N×M阶矩阵，假设待测信号是采样间隔为Δt的离散序列{x(n),m＝1,2,…}，其合理周期为T，按照累计误差小于Δt/2的原则确定截取周期的开始位置准连续地截取N行，从而避免截断误差积累问题，令M＝round(T/Δt)，m_k＝round(k T/Δt)，k＝1,2,…，则序列可构造成矩阵：

式中：A为电流信号构造的矩阵；U和V分别是N×N和M×M阶正交矩阵，令∑＝diag(σ₁,σ₂,…,σ_p)是按降序排列的对角矩阵，其对角元素为矩阵A的奇异值元素；

(2)对矩阵A进行SVD分解，得到一系列奇异值σ_i和对应的子矩阵A_i，由奇异值向量u_i和v_i组成，每个向量u_i和v_i可构成一直角坐标系，因此矩阵A中的特征信息分量被分解到一系列的正交矢量u_i、v_i构成的子空间中；

A=U·Σ·VT=Σi=1kui·σi·viT=Σi=1kσiAi]]>

(3)在电流信号分析中，由于电网频率分量是电流信号中的主要成分，因此对应第一子空间，能反映离心泵运行状态的特征频率则被分解到其余不同的子空间，电网频率分量表示为：

A^=u1·σ1·v1T]]>

式中为分解后得到的第一分量，u₁，σ₁，为其中的构造矩阵；

(4)在电流信号A中去除电网频率分量即可得到遗留下来的其他频率分量，分量集合表示为：

A‾=A-A^]]>

即可得到剔除电网工频分量的信号。