[发明专利]基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统

权利要求书

1.一种变频离心泵优化调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；

步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及

步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况；

所述步骤S1中对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集的方法包括：

在变频离心泵的进口段或者出口段布置周向均匀分布的压力脉动监测点，以提取叶轮旋转若干圈后的脉动压力数据，即

获取各压力脉动监测点的压力p随时间t变化的数据；其中

时间t为叶轮旋转若干圈的总时长；

所述计算相位相关性分析所需变量包括：各特征频率对应的相位差和各压力脉动监测点对应的周向角度；即

所述步骤S2中计算相位相关性分析所需变量包括如下步骤：

步骤S21，压力脉动频域分析，并提取特征频率相位；

步骤S22，计算各压力脉动监测点实际的周向角度；

所述步骤S21中压力脉动频域分析，并提取特征频率相位的方法包括：

将脉动压力数据进行无量纲处理后，再进行快速傅里叶变换，以求解绘制出各个压力脉动监测点的频域图，进而找出各个压力脉动点对应的特征频率f_n，其中，n表示压力脉动监测点的编号；以及

选择任一特征频率对应的各压力脉动监测点的相位，设定一相位起始点，绘制其余各点较该相位起始点的相位差；

重复此步骤，绘制出每个特征频率下的各压力脉动监测点相较于相应相位起始点的相位差ΔPh；

所述步骤S22中计算各压力脉动监测点实际的周向角度的方法包括：

绘制步骤S1中各压力脉动监测点实际的周向位置，设定一周向起始点，绘制其余各点较该周向起始点的周向角度ΔAn；

所述步骤S3中通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况的方法包括：

步骤S31：提取各特征频率对应的相位差和各压力脉动监测点对应的周向角度，进行相关性分析，求出平均相关性系数

步骤S32，分析平均相关性系数的大小，判断平均相关性系数所属的区间；

步骤S33，根据步骤S32调节泵的转速和阀门开度；

重复以上步骤，直到泵在稳定工况下运行。

2.根据权利要求1所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，

所述无量纲处理的公式如下：

式中：p为监测点的静压；为监测点在叶轮旋转周期内的平均压力；ρ为液体的密度；u₂为叶轮出口处的圆周速度，u₂＝60nπD₂/60，式中n为叶片的转速，D₂为叶轮的出口直径。

3.根据权利要求2所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，

用于绘制频域图的相关参数包括：

与各压力脉动监测点对应的频率、幅值和相位；即

所述傅里叶变换的公式为：

K(t,w)为傅里叶变换的核函数：T为监测的周期；

在上述傅里叶变换中，频率f的计算公式为：

幅值计算公式为：

相位计算公式为：

式中：为余弦分量幅值；为正弦分量幅值；

频率为f_n的余弦分量幅值和正弦分量幅值分别是：

4.根据权利要求3所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，

所述步骤S32中平均相关性系数的计算公式为：

式中：N为特征频率的数量，Cov(ΔPh,ΔAn)为相位差和周向角度的协方差，Var[ΔPh]为相位差的方差，Var[ΔAn]为轴向角度的方差；以及

所述步骤S33中分析平均相关性系数的大小，判断平均相关性系数所属的区间的方法包括：

若平均相关性系数在[0，0.3)之间，则表明相位差和周向角度差相关性低；

若平均相关性系数在[0.3，1]之间，则表明相位差和周向角度差之间具有相关性。

5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的变频离心泵优化调节方法的变频离心泵优化调节系统，其特征在于，包括：

若干压力脉动传感器，在变频离心泵的进口段或者出口段周向均匀分布；

处理器模块，计算各脉动压力数据的特征频率，并通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。