1.一种清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,分为以下步骤:步骤1、以0.1Qn为间隔,应用计算流体力学软件Fluent进行离心泵内部流场的瞬态计算,单个流量下瞬态计算的时间长度为N个额定转速下对应的叶轮旋转周期,依次获得
0.5Qn~1.5Qn流量范围内共计11个不同流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列,以上Qn为离心泵的额定流量值,N为处于2~10的正整数;
步骤2、根据《GB/T 29531‑2013泵的振动测量与评价方法》确定离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值;
步骤3、实时采集离心泵的运行流量和离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动加速度值的时间序列以及叶轮所处相位的时间序列,并通过将振动加速度值对时间积分的方式分别生成离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值时间序列;
步骤4、按照一定的时间间隔进行运行时间分段,在当前运行时间段内分别对离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值的时间序列进行振动烈度的计算,并计算出当前运行时间段内的流量平均值;
步骤5、将步骤4获得的离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向的振动烈度均小于步骤2确定的振动烈度临界值,则判断离心泵不存在振动故障;否则,判断离心泵存在振动故障,并进一步分别计算出当前运行时间段内与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下水平方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数,以及与当前时间段采集获得的平均流量最接近的流量下竖直方向离心泵叶轮所受水力径向力和当前时间段内离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数,以获得的相关系数值作为离心泵振动故障原因由泵内流体流动因素诱发的可能性的判断依据。
2.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤1所述的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列的获得,分为以下子步骤:子步骤S10、绘制离心泵三维水力模型,记录三维水力模型中叶轮所处的相位,划分数值计算用网格,并导入计算流体力学软件Fluent中;
子步骤S20、在计算流体力学软件Fluent中,设置模型为瞬态计算,流动介质相关物理性质为水的性质,离心泵进口为运行流量0.5Qn所对应的流量条件,出口为0压力条件,设置叶轮区域所属网格按照额定转速旋转,设置瞬态计算总的时间长度为N个叶轮旋转周期,单个迭代时间步的时间长度为m与1个叶轮旋转周期的乘积,随后进行瞬态计算,在瞬态计算过程中将叶轮表面所受压强对叶轮表面积进行积分,分别获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列,以上m处于0.001至0.01之间;
子步骤S30、将子步骤S20中的运行流量在原基础上增大0.1Qn,维持其他设置不变,获得该流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列;
子步骤S40、不断重复子步骤S30,直至获得1.5Qn流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列。
3.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤2所述的离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值的获得,根据《GB/T 29531‑2013泵的振动测量与评价方法》,先根据离心泵的中心高和额定转速确定离心泵的分类,再确定当前离心泵分类下其振动级别为不合格时对应的最小振动烈度值,即为离心泵所处运行条件下不合格时的振动烈度临界值。
4.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤3所述离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动加速度值的时间序列以及叶轮所处相位的时间序列的采集,信号采集的时间周期固定且其长度等于权利要求2子步骤S20中单个迭代时间步的时间长度。
5.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤4所述的时间分段,分段的时间间隔与权利要求1步骤1中的N个额定转速下对应的叶轮旋转周期时长相等,时间分段的起始时间点采集得到的叶轮相位与权利要求2子步骤S10三维水力模型中叶轮所处的相位相等。
6.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤4所述的当前运行时间段内离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向振动速度值的振动烈度,为当前运行时间段内相应的振动速度值的均方根值。
7.权利要求1所述的清水离心泵振动故障的简易诊断方法,其特征在于,步骤5所述的当前运行时间段内某个方向离心泵叶轮所受水力径向力和离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数,由以下公式确定:
式中,X和Y分别为当前运行时间段内某个方向离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列和离心泵驱动端轴承的振动加速度的时间序列,Var[X]和Var[Y]分别为序列X和Y各自的方差,Cov(X,Y)为序列X和Y之间的协方差。
8.一种用于实现权利要求1‑7任意一项所述简易诊断方法的诊断系统,其特征在于:包括数据输入模块、数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块:所述数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连;
数据输入模块用于人工输入离心泵振动烈度临界值、额定转速、分段的时间间隔、三维水力模型中叶轮的相位、振动加速度信号采集的时间周期以及0.5Qn~1.5Qn流量范围内共计11个不同流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列;
数据采集模块包括流量计1支、键相传感器1支、分别置于轴承水平方向和竖直方向的振动加速度传感器各1只,流量计用于实时采集离心泵的运行流量,键相传感器用于实时采集离心泵叶轮旋转过程所处相位,振动加速度传感器用于实时采集离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向的振动加速度值;
数据存储模块存储数据输入模块、数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将当前运行时间段内离心泵是否存在振动故障的判断结果以及水平方向和竖直方向离心泵叶轮所受水力径向力和离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数提供至数据显示模块;
数据显示模块用于实时显示当前运行时间段内水平方向离心泵叶轮所受水力径向力和离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数,以及竖直方向离心泵叶轮所受水力径向力和离心泵驱动端轴承的振动加速度的相关系数;
数据运算模块主要通过数据存储模块获得数据输入模块输入的不同流量下水平方向和竖直方向的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列以及数据采集模块输入的离心泵驱动端轴承的水平方向和竖直方向的振动加速度值时间序列,判断离心泵当前是否存在振动故障,若存在振动故障,则进一步对相应流量相应方向下的离心泵叶轮所受水力径向力的时间序列和振动加速度值时间序列进行相关系数计算,最终输出判断与计算结果至存储模块。