專利名稱：檢測泵中的汽蝕的系統(tǒng)和方法
檢測泵中的汽蝕的系統(tǒng)和方法
政府許可權(quán)利
本發(fā)明至少部分地在聯(lián)邦能源部授予的基于合同No. DE-FC36-04G014000的政府支持下作出。政府可對本發(fā)明具有特定權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及泵,特別涉及用于檢測由電動機(jī)驅(qū)動的泵中的汽蝕(cavitation) 的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)可用凈正吸引高度(suction head)變得小于所需高度時,在泵中發(fā)生汽蝕。在汽蝕期間，吸引壓力小于液體的汽化壓力，因此，使得泵中的液體汽化，并形成小的氣泡。隨著蒸氣泡從泵眼逸出，壓力上升并壓縮蒸汽，這使得蒸氣泡瓦解或炸開，典型地在流體中發(fā)送非常強(qiáng)的局部震動波。震動波中存在的能量常常通過導(dǎo)致推進(jìn)器葉片表面上的凹蝕 (pitting)而損壞推進(jìn)器。蒸氣泡瓦解導(dǎo)致的凹蝕在部件上產(chǎn)生磨損，并能導(dǎo)致泵的過早故障。汽蝕還減小泵的流速，由此對泵的運行產(chǎn)生負(fù)面影響。
用于檢測汽蝕的現(xiàn)有方法已經(jīng)包括使用多種類型的傳感器，例如水中測音器或振動和壓力傳感器的結(jié)合使用。盡管這些傳感器可輔助判斷電動機(jī)/泵系統(tǒng)的運行特性，它們典型地必須安裝在泵系統(tǒng)的工作框架內(nèi)，增加了泵系統(tǒng)的復(fù)雜性和附加成本。其他的技術(shù)著重于使用模糊-專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流特征(signature)分析。這些方法需要復(fù)雜的信號處理來檢測汽蝕。
因此，希望設(shè)計出這樣的檢測泵汽蝕的系統(tǒng)和方法其消除了對附加傳感器和復(fù)雜的信號處理的需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于檢測泵中的汽蝕的系統(tǒng)和方法。
根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)，控制器被配置為監(jiān)視泵汽蝕?？刂破靼幚砥鳎浔痪幊虨橹貜?fù)地接收來自對泵進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)的實時運行電流數(shù)據(jù)，由電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電流頻譜，并在電流頻譜的一對特征頻帶內(nèi)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。處理器進(jìn)一步被編程為，作為該特征頻帶對內(nèi)的電流數(shù)據(jù)的函數(shù)，重復(fù)地確定故障特征，基于故障特征和動態(tài)基準(zhǔn)特征，重復(fù)地確定故障指標(biāo)(index),將故障指標(biāo)與基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較,基于基準(zhǔn)指標(biāo)與當(dāng)如故障指標(biāo)之間的比較來識別汽蝕條件。
根據(jù)本發(fā)明另一實施形態(tài)，檢測由電動機(jī)驅(qū)動的泵中的汽蝕的方法包含訪問與由可變頻率驅(qū)動器控制的電動機(jī)對應(yīng)的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)，產(chǎn)生從中移除基本頻率 (fundamental frequency)的修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù),在修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)上進(jìn)行頻譜分析，以產(chǎn)生電流頻譜。該方法還包含，在電動機(jī)運行時間段上，由電流頻譜產(chǎn)生復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本，使用所述復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本的歷史故障指標(biāo)樣本計算汽蝕閾值，如果實時故障指標(biāo)樣本大于汽蝕閾值，產(chǎn)生警報。
根據(jù)本發(fā)明又一實施形態(tài)，一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)具有存儲于其上的計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包含指令，當(dāng)該指令由至少一個處理器執(zhí)行時，使得所述至少一個處理器接收來自耦合到電動機(jī)/泵系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)的電流數(shù)據(jù)并對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該指令還使得所述至少一個處理器產(chǎn)生電流數(shù)據(jù)的頻譜，并從頻譜提取故障特征和基準(zhǔn)特征，故障特征和基準(zhǔn)特征代表電動機(jī)/泵系統(tǒng)的負(fù)載條件和運行頻率。該指令還使得所述至少一個處理器使用故障特征和基準(zhǔn)特征來計算故障指標(biāo)，將故障指標(biāo)與故障閾值進(jìn)行比較，如果故障指標(biāo)大于故障閾值則產(chǎn)生警報。
由下面的詳細(xì)介紹和附圖，將會明了本發(fā)明的多種其他特征和優(yōu)點。


附圖示出了當(dāng)前為實現(xiàn)本發(fā)明所想到的優(yōu)選實施例。
在附圖中
圖I為控制系統(tǒng)的原理圖,其包含根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)；
圖2為控制系統(tǒng)的原理圖,其包含根據(jù)本發(fā)明另一實施形態(tài)的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)；
圖3為控制系統(tǒng)的原理圖，其包含根據(jù)本發(fā)明又一實施形態(tài)的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)；
圖4為控制系統(tǒng)的原理圖，其包含根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)的電動機(jī)保護(hù)系統(tǒng)；
圖5為控制系統(tǒng)的原理圖,其包含根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)的電動機(jī)啟動器系統(tǒng)；
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例用于檢測泵汽蝕的技術(shù)；
圖7為一示例性圖表，其示出了具有和不具有汽蝕的電動機(jī)的頻譜；
圖8為一示例性圖表,其示出了用于確定基準(zhǔn)底(reference floor)的電動機(jī)的頻譜。
具體實施方式
給出了本發(fā)明的幾個實施例，其與檢測由AC電動機(jī)驅(qū)動的泵中的汽蝕的系統(tǒng)和方法有關(guān)，該AC電動機(jī)可由固定頻率電源或可變頻率電源饋電。系統(tǒng)監(jiān)視電動機(jī)電流并進(jìn)行電流分析，以產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，從而識別正常運行條件以及指示汽蝕條件的故障特征。
現(xiàn)在參照圖1，示出了驅(qū)動泵12的電動機(jī)組件10的一般結(jié)構(gòu)。電動機(jī)組件10包含電動機(jī)驅(qū)動器14,例如,其可被配置為被設(shè)計為接收三相AC電力輸入電力輸入16a-16c 的可調(diào)節(jié)或可變速度驅(qū)動器?；蛘撸妱訖C(jī)組件10可被配置為驅(qū)動多相電動機(jī)。驅(qū)動器控制單元18被集成在電動機(jī)驅(qū)動器14內(nèi)并作為驅(qū)動器14的內(nèi)部邏輯的一部分運行。
電動機(jī)驅(qū)動器14還包含驅(qū)動器電力阻塞(block)單元20，其可包括例如非可控或可控整流單元(非受控AC到DC)、濾波電感器、DC母線電容器或電池、脈寬調(diào)制(PWM)逆變器(DC到受控AC)?；蛘?，驅(qū)動器電力阻塞單元20可不具有這樣的整流單元，使得DC母線直接連接到逆變器。例如，當(dāng)應(yīng)用于不間斷電源(UPS)時，驅(qū)動器電力阻塞單元可不具有整流單元。
驅(qū)動器14接收三相AC輸入16a_16c，其被饋送到驅(qū)動器電力阻塞單元20。驅(qū)動器電力阻塞單元20將AC電力輸入轉(zhuǎn)換為DC電力，將DC電力逆變和調(diào)節(jié)為受控AC電力， 用于傳輸?shù)紸C電動機(jī)22。
基于用于運行電動機(jī)驅(qū)動器14的電壓-頻率(V/Hz)設(shè)置或命令(即V/Hz配置 (profile)或曲線)，驅(qū)動器控制單元18產(chǎn)生用于驅(qū)動器電力阻塞單元20的控制方案。根據(jù)本發(fā)明一示例性實施例，驅(qū)動器控制單元18用于接收來自驅(qū)動器電力阻塞單元20的輸出，確定和監(jiān)視電動機(jī)參數(shù)，基于電動機(jī)或負(fù)載需求動態(tài)地調(diào)節(jié)施加到電動機(jī)22的電壓和頻率。
電動機(jī)組件10還包含驅(qū)動器用戶接口 24或驅(qū)動器控制面板，其被配置為輸入電動機(jī)參數(shù)并輸出頻率和電壓基準(zhǔn)，頻率和電壓基準(zhǔn)被用于產(chǎn)生從零速度開始加速電動機(jī)22 的啟動轉(zhuǎn)矩。用戶接口 24也用于出于監(jiān)視目的向用戶顯示電動機(jī)運行參數(shù)列表，例如電動機(jī)輸入電壓(rms )、電動機(jī)電流(rms ),電動機(jī)輸入電力，速度,轉(zhuǎn)矩等。
電動機(jī)組件10包含泵汽蝕算法模塊26，其接收與到電動機(jī)的單相電流輸入對應(yīng)的電流信號28。根據(jù)一實施例，泵汽蝕算法模塊26集成在驅(qū)動器14內(nèi)，并作為驅(qū)動器14 的內(nèi)部邏輯的一部分運行?；蛘?，泵汽蝕算法模塊26可嵌入與驅(qū)動器14不同的外部模塊內(nèi)，并從之接收輸入(例如電流和/或電壓信號)，如同關(guān)于圖2、3更為詳細(xì)地介紹的那樣。
現(xiàn)在參照圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的電動機(jī)組件20。電動機(jī)組件30包含可變頻率電動機(jī)驅(qū)動器32、驅(qū)動器用戶接口 34、獨立外部泵汽蝕算法模塊36，獨立外部泵汽蝕算法模塊36接收電壓和電流信號，包括單相電流和電壓信號、多相電流和電壓信號或其組合，其可被用于確定穩(wěn)態(tài)運行條件。用戶接口 38耦合到獨立外部泵汽蝕算法模塊36。 驅(qū)動器控制單元40和驅(qū)動器電力阻塞單元42被包含在電動機(jī)驅(qū)動器32中。
泵汽蝕算法模塊36為電動機(jī)驅(qū)動器32的已有硬件外部的分立的硬件模塊，可安裝在已有的電動機(jī)驅(qū)動器中，通過已有的驅(qū)動器通信-例如ModBus、Device Net、以太網(wǎng)等——交換數(shù)據(jù)。模塊36使用一組電壓傳感器44來測量電動機(jī)46的三相線間電壓。模塊36還包含一組電流傳感器48，測量電動機(jī)46的三相電流。在中性點不可用的情況下，模塊36包含用于三線系統(tǒng)的至少兩個電流傳感器。由于三相電流相加為零，第三個電流可由另外兩個電流值計算。然而，盡管第三傳感器是視情況可選的，這樣的傳感器增大了整體電流計算的準(zhǔn)確度。
圖3示出了包含根據(jù)本發(fā)明另一實施例的外部泵汽蝕算法模塊52的電動機(jī)組件 50。類似于關(guān)于圖2所介紹的電動機(jī)組件，電動機(jī)組件50包含驅(qū)動器用戶接口 54和可變頻率驅(qū)動器56，可變頻率驅(qū)動器56具有驅(qū)動器控制單元58和驅(qū)動器電力阻塞單元60。然而，不像圖2的電動機(jī)組件那樣，外部模塊52不具有其自己的電壓和電流傳感器。相反，外部模塊52在這樣的計算裝置中實現(xiàn)其經(jīng)由數(shù)據(jù)采集單元64獲得電壓和電流信號62。
現(xiàn)在參照圖4,不出了根據(jù)又一實施例的電動機(jī)保護(hù)系統(tǒng)66。系統(tǒng)66包含電動機(jī)保護(hù)組件68，其具有至少一個電動機(jī)保護(hù)裝置70，例如接觸器組件，其具有被配置為有選擇地對從AC電源72到連接到泵76的電動機(jī)74的電力供給進(jìn)行控制的數(shù)個獨立可控接觸器。電動機(jī)保護(hù)組件68還包含汽蝕檢測算法模塊78，其接收來自電流傳感器80的電流數(shù)據(jù)。汽蝕檢測算法模塊78對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定在泵76中存在汽蝕條件，并將指示汽蝕條件的信號傳輸?shù)酵ㄐ拍K82。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，電動機(jī)啟動器系統(tǒng)84在圖5中不出。電動機(jī)啟動器系統(tǒng) 84包含軟啟動器86，其具有數(shù)個半導(dǎo)體裝置88，例如晶閘管和/或二極管，以便在電源90 和電動機(jī)92之間傳輸供電電力。類似于圖I的泵汽蝕算法模塊26，汽蝕算法模塊94被包含在軟起動器86中，并被配置為與通信模塊96接口。
現(xiàn)在參照圖6，示出了檢測泵汽蝕的技術(shù)98。技術(shù)98通過接收原始電動機(jī)電流數(shù)據(jù)開始于步驟100。在步驟102中，電動機(jī)電流信號受到調(diào)節(jié)，以便輸入到泵汽蝕算法中。 根據(jù)一實施例，電動機(jī)電流數(shù)據(jù)使用模擬或數(shù)字陷波濾波器受到濾波，以便使得數(shù)據(jù)的重現(xiàn)精度(fidelity)最大化，并從相電流中移除基本頻率分量。濾波后的電流數(shù)據(jù)于是被數(shù)字化，以便處理?；蛘?，未濾波的相電流數(shù)據(jù)可被數(shù)字化，如果相電流數(shù)據(jù)具有足夠的分辨率的話。數(shù)字化的數(shù)據(jù)可被取樣分化(decimated)，以便獲得正確的分辨率，和/或被下降采樣(downsampled),以便輸入到泵汽蝕算法之中。
在步驟104中，使用頻譜分析技術(shù)，以確定電流數(shù)據(jù)的頻譜。根據(jù)一實施例，技術(shù) 98在步驟104中執(zhí)行電流數(shù)據(jù)的FFT分析。由于數(shù)據(jù)在FFT分析期間必須相對穩(wěn)定，技術(shù)98可被配置為判斷電流數(shù)據(jù)是否對應(yīng)于穩(wěn)態(tài)電動機(jī)條件。例如，技術(shù)98可參照相對于 (against)頻譜計算中的可接受誤差和預(yù)定公差等級的頻率-功率變化。由于頻率和功率的變化指示電動機(jī)的瞬態(tài)，所監(jiān)視的功率特性可用于評估穩(wěn)態(tài)電動機(jī)條件的存在?；蛘?，技術(shù)98可使用模擬或數(shù)字帶通濾波器和/或低通濾波器的組合，以確定電流數(shù)據(jù)的頻譜。在這樣的實施例中，可使用與電動機(jī)的瞬態(tài)對應(yīng)的電流數(shù)據(jù)。
技術(shù)98在步驟106中從電動機(jī)電流提取汽蝕或故障特征。電動機(jī)電流的故障特征可基于泵/電動機(jī)軸轉(zhuǎn)矩中的故障特征來確定。如上面討論的，在汽蝕期間，蒸氣泡在泵的推進(jìn)器表面上的炸開導(dǎo)致震動波或轉(zhuǎn)矩脈動。轉(zhuǎn)矩脈動的頻率依賴于氣泡炸開的頻率。 在典型的汽蝕條件下，氣泡云包含在不同的時刻炸開并沖擊推進(jìn)器的具有不同半徑的大量氣泡。由于氣泡云在短的時間跨度內(nèi)瓦解，瓦解的氣泡導(dǎo)致的個體脈動頻率在值上接近并且常常重疊。因此，汽蝕或故障特征為頻帶，而不是單個的頻率分量。
相應(yīng)地，技術(shù)98假設(shè)電流中的故障特征為隨著供電頻率改變而改變的在供電頻率或基本頻率任意側(cè)的頻率帶。因此，假設(shè)與供電頻率的線性關(guān)系，技術(shù)98定義邊帶(side bands)的寬度。邊帶被定位為距離基頻的偏移(offset)處。根據(jù)一實施例,偏移基于供電頻率來選擇。例如，對于大于或等于48Hz的供電頻率，特征偏移為5Hz ;對于大于或等于38 且小于48的供電頻率，特征偏移為2Hz ;對于小于38的供電頻率，特征偏移為IHz。
參照圖7，提供具有汽蝕的電動機(jī)陷波電流頻譜110和不具有汽蝕的電動機(jī)頻譜 112的圖表108，以示出上面討論的偏移和邊帶。如圖所示，下邊帶(LSB)114和上邊帶(USB) 在供電基頻118的各側(cè)選取。LSB 114和USB 116以偏移120從供電基頻118偏移開，以便確保LSB 114和USBl 16不包含供電基頻118的部分。
重新參照圖6，在選擇LSB和USB之后，作為LSB和USB的函數(shù)，技術(shù)98定義故障特征。根據(jù)一實施例，通過計算LSB帶中的分量的量值的平均值以及計算USB中的分量的量值的平均值，技術(shù)98計算LSB的量值和USB的量值。技術(shù)98將故障特征設(shè)置為大于兩個平均值?；蛘?，技術(shù)98可對LSB平均值以及USB平均值進(jìn)行平均，并將該值用作故障特征。
在步驟122中，技術(shù)98確定基準(zhǔn)底或基線特征，其指示在任何可能的汽蝕之外/ 除任何可能的汽蝕之外的電動機(jī)和泵的當(dāng)前運行狀態(tài)。為了在電動機(jī)運行期間以及在泵使用期限期間捕獲動態(tài)條件，基準(zhǔn)特征被定義為動態(tài)值。在汽蝕期間，除了上下邊帶以外，譜底(即噪音底)的量值，大致與健康或汽蝕可忽略條件期間的譜底量值相同。
為了對偏心諧波以及其他未知峰的效應(yīng)進(jìn)行偏置，除了邊帶和特征偏移帶以外， 技術(shù)98向完整的電流譜應(yīng)用低通濾波器，例如中值濾波器。除了特征帶和偏移帶以外，濾波后的譜的平均值被用于計算基準(zhǔn)底。
步驟122中的基準(zhǔn)底的確定在圖8的圖表124中圖表性地示出。如圖所示，電動機(jī)陷波電流的未濾波的頻譜126具有供電基頻128、具有以偏移132位于供電基頻128左側(cè)的下邊帶130以及以偏移132位于供電基頻128右側(cè)的上邊帶134。低通濾波器在下邊帶130左側(cè)和上邊帶134右側(cè)被應(yīng)用到未濾波的頻譜126的部分，帶來濾波后的頻率136。 基準(zhǔn)底138為濾波后的頻譜136的平均值。另一方面，噪音底140為未濾波的頻譜126的平均值。根據(jù)多種實施例，基準(zhǔn)底138和噪音底140可分別基于濾波和未濾波的頻譜136、 126的全部或部分來確定。
回到圖6，技術(shù)98在步驟142中計算故障指標(biāo)。故障指標(biāo)被定義為在步驟106中提取的故障特征除以在步驟122中提取的基準(zhǔn)底。
為了使得故障檢測成為可能，技術(shù)98將故障指標(biāo)相對于汽蝕閾值或故障閾值進(jìn)行比較。當(dāng)故障指標(biāo)大于閾值時，表達(dá)為檢測到汽蝕故障。技術(shù)98通過首先在步驟144中定義基準(zhǔn)指標(biāo)來確定閾值?；鶞?zhǔn)指標(biāo)代表特定泵配置中的健康條件。在一開始，基于在電動機(jī)-泵運行的延伸時間段上獲取的數(shù)個故障指標(biāo)值來確定基準(zhǔn)指標(biāo)。例如，根據(jù)一實施例，技術(shù)98可在二十四小時的電動機(jī)-泵運行時間段上獲取大約98個故障指標(biāo)樣本。技術(shù)98使用代表“最健康”泵運行的預(yù)先確定的百分比的所獲取的故障指標(biāo)，以確定初始基準(zhǔn)指標(biāo)。例如，技術(shù)98可使用故障指標(biāo)的最低的50%的平均值，作為初始基準(zhǔn)指標(biāo)。盡管這些較小的故障指標(biāo)可能不代表無汽蝕條件，它們代表了較為不嚴(yán)重的汽蝕條件。
使用初始基準(zhǔn)指標(biāo)，技術(shù)98在持續(xù)的電動機(jī)_泵運行期間迭代地更新基準(zhǔn)指標(biāo)。 在計算初始基準(zhǔn)指標(biāo)之后，技術(shù)98開始收集并存儲故障指標(biāo)樣本。在預(yù)先選擇的數(shù)量的故障指標(biāo)樣本被收集或預(yù)先選擇的時間間隔已經(jīng)過去后，技術(shù)98將新存儲的故障指標(biāo)與初始或當(dāng)前基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較。將小于當(dāng)前基準(zhǔn)指標(biāo)的新存儲的故障指標(biāo)與當(dāng)前基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行平均，以產(chǎn)生新的基準(zhǔn)指標(biāo)值。因此，基準(zhǔn)指標(biāo)被迭代地更新，以獲取代表更為健康的運行條件(即更不嚴(yán)重的汽蝕條件)的更小的故障指標(biāo)。根據(jù)一實施例，技術(shù)98僅僅在小于當(dāng)前基準(zhǔn)指標(biāo)值的新存儲故障指標(biāo)的數(shù)量至少包含在給定時間間隔收集的故障指標(biāo)總數(shù)量的預(yù)先確定的百分比時更新基準(zhǔn)指標(biāo)，以便將通過非靜態(tài)數(shù)據(jù)的分析帶來的錯誤故障指標(biāo)考慮在內(nèi)。例如，可僅僅在小于基準(zhǔn)指標(biāo)的故障指標(biāo)的數(shù)量至少為在時間間隔中收集的故障指標(biāo)總數(shù)的20%時更新基準(zhǔn)指標(biāo)。或者，基準(zhǔn)指標(biāo)可使用包含大于當(dāng)如基準(zhǔn)指標(biāo)的故障指標(biāo)的一組故障指標(biāo)來更新，帶來具有與先前計算的基準(zhǔn)指標(biāo)相比較大的值的新基準(zhǔn)指標(biāo)。
在步驟146中，技術(shù)98計算汽蝕閾值。根據(jù)一實施例，用于汽蝕故障檢測的閾值等于根據(jù)允許用戶選擇所產(chǎn)生警報的嚴(yán)重性的用戶選擇的敏感度值縮放后(scaled)的當(dāng)前基準(zhǔn)指標(biāo)。例如，基準(zhǔn)指標(biāo)可根據(jù)指示與劣化的性能相關(guān)聯(lián)的汽蝕軌跡的高敏感度設(shè)置、 指示可在長運行時間段上導(dǎo)致性能劣化和推進(jìn)器侵蝕的汽蝕條件的中敏感度設(shè)置或指示非常嚴(yán)重的汽蝕的低敏感度設(shè)置來縮放。
或者，可以想到，汽蝕閾值可以為靜止的、用戶定義的值。這樣的用戶定義汽蝕閾值可基于歷史電動機(jī)數(shù)據(jù)和泵性能數(shù)據(jù)，其中，故障指標(biāo)與泵汽蝕相關(guān)聯(lián)。用戶定義的汽蝕閾值可被設(shè)置為高、中或低敏感度設(shè)置，以便識別希望的級別的汽蝕。
在步驟148中，技術(shù)98將故障指標(biāo)與閾值進(jìn)行比較。技術(shù)98在步驟150中產(chǎn)生警報，如果故障指標(biāo)大于閾值的話。為了減小假警報的可能性，在一實施例中，如果若干個連續(xù)故障指標(biāo)樣本(例如三個連續(xù)樣本)大于閾值，技術(shù)98產(chǎn)生警報。
如上面所詳細(xì)介紹的，本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于電動機(jī)組件，其包含由固定或可變頻率電源饋電的AC電動機(jī)。另外，該技術(shù)可在接收單相電流信號的內(nèi)部模塊或在被配置為接收單相、三相或多相電壓與電流信號的任意組合的獨立外部模塊中實現(xiàn)。另外，盡管關(guān)于AC電動機(jī)和AC電動機(jī)驅(qū)動器介紹了本發(fā)明的幾個實施例，可以想到，這里給出的技術(shù)可應(yīng)用于寬廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，包括固定和可變電壓應(yīng)用。
上面介紹的方法能以計算機(jī)程序代碼的形式實現(xiàn)，其包含在一個或多于一個有形計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)——例如軟盤和其他的磁存儲介質(zhì)、CDROM和其他光存儲介質(zhì)、閃存和其他固態(tài)存儲裝置、硬盤驅(qū)動器或任何其他計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)——中實現(xiàn)的指令，其中， 當(dāng)計算機(jī)程序代碼被裝在到計算機(jī)中并由計算機(jī)執(zhí)行時，計算機(jī)變?yōu)橛糜趯崿F(xiàn)所公開的方法的設(shè)備。上面介紹的方法也可以以被配置為監(jiān)視泵汽蝕的通常稱作“控制器”的形式實現(xiàn)，其可包含采用圖1-5的多種實施例所示汽蝕檢測算法單元和/或計算機(jī)的形式的處理器。
用于所公開的方法和設(shè)備的技術(shù)貢獻(xiàn)在于，其提供了用于監(jiān)視固定和可變供電頻率應(yīng)用的泵汽蝕的控制器實現(xiàn)的技術(shù)。
因此，根據(jù)本發(fā)明一實施例，控制器被配置為監(jiān)視泵汽蝕?？刂破靼幚砥?，其被編程為重復(fù)地接收來自對泵進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)的實時運行電流數(shù)據(jù)，由電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電流頻譜，并在電流頻譜的一對特征頻帶內(nèi)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。處理器進(jìn)一步被編程為，作為該特征頻帶對內(nèi)的電流數(shù)據(jù)的函數(shù)，重復(fù)地確定故障特征，基于故障特征和動態(tài)基準(zhǔn)特征，重復(fù)地確定故障指標(biāo)，將故障指標(biāo)與基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較，基于基準(zhǔn)指標(biāo)與當(dāng)前故障指標(biāo)之間的比較來識別汽蝕條件。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，檢測由電動機(jī)驅(qū)動的泵中的汽蝕的方法包含訪問與由可變頻率驅(qū)動器控制的電動機(jī)對應(yīng)的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)，產(chǎn)生從中移除基本頻率的修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)，在修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)上進(jìn)行頻譜分析，以產(chǎn)生電流頻譜。該方法還包含，在電動機(jī)運行時間段上，由電流頻譜產(chǎn)生復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本，使用所述復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本的歷史故障指標(biāo)樣本計算汽蝕閾值，如果實時故障指標(biāo)樣本大于汽蝕閾值，產(chǎn)生警報。
根據(jù)本發(fā)明又一實施例，計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)具有存儲于其上的計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包含指令，當(dāng)該指令由至少一個處理器執(zhí)行時，使得所述至少一個處理器接收來自耦合到電動機(jī)/泵系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)的電流數(shù)據(jù)并對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該指令還使得所述至少一個處理器產(chǎn)生電流數(shù)據(jù)的頻譜，并從頻譜提取故障特征和基準(zhǔn)特征，故障特征和基準(zhǔn)特征代表電動機(jī)/泵系統(tǒng)的負(fù)載條件和運行頻率。該指令還使得所述至少一個處理器使用故障特征和基準(zhǔn)特征來計算故障指標(biāo)，將故障指標(biāo)與故障閾值進(jìn)行比較，如果故障指標(biāo)大于故障閾值則產(chǎn)生警報。
已經(jīng)在優(yōu)選實施例方面介紹了本發(fā)明，將會明了，除了所明確給出的之外的等效、 替代和修改是可行的，并且屬于所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種被配置為監(jiān)視泵汽蝕的控制器，其具有處理器，處理器被編程為重復(fù)地接收來自對泵進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)的實時運行電流數(shù)據(jù)；由電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電流頻譜；在電流頻譜的一對特征頻帶內(nèi)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；作為該特征頻帶對內(nèi)的電流數(shù)據(jù)的函數(shù)，重復(fù)地確定故障特征；基于故障特征和動態(tài)基準(zhǔn)特征，重復(fù)地確定故障指標(biāo)；將故障指標(biāo)與基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較；以及基于基準(zhǔn)指標(biāo)與當(dāng)前故障指標(biāo)之間的比較來識別汽蝕條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的控制器，其中，處理器被編程為使用來自特征頻帶對以外的以及供電頻率偏移帶以外的電流數(shù)據(jù)來計算動態(tài)基準(zhǔn)特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的控制器，其中，處理器被編程為，將低通濾波器應(yīng)用到特征頻帶對以外的以及特征偏移帶以外的電流頻譜的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為，由在電動機(jī)的運行時間段上獲取的復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)，計算基準(zhǔn)指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為識別具有最小值的在電動機(jī)運行時間段上獲取的預(yù)定百分比的故障指標(biāo)；以及計算具有最小值的在電動機(jī)運行時間段上獲取的所述預(yù)定百分比的故障指標(biāo)的平均值，以產(chǎn)生基準(zhǔn)指標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為，在預(yù)設(shè)時間段的電動機(jī)運行和確定預(yù)設(shè)數(shù)量的故障指標(biāo)中的一者之后，更新基準(zhǔn)指標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為，使用具有與基準(zhǔn)指標(biāo)相比較小的值的數(shù)個故障指標(biāo)，更新基準(zhǔn)指標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為確定具有與基準(zhǔn)指標(biāo)相比較小的值的故障指標(biāo)的數(shù)量是否大于來自預(yù)設(shè)電動機(jī)運行時間段和預(yù)設(shè)數(shù)量故障指標(biāo)中的一者的故障指標(biāo)總數(shù)的預(yù)定百分比；以及如果具有與汽蝕閾值相比較小的值的故障指標(biāo)的數(shù)量大于故障指標(biāo)總數(shù)的預(yù)定百分比，則更新基準(zhǔn)指標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的控制器，其中，處理器被進(jìn)一步編程為對基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行縮放；以及如果當(dāng)前故障指標(biāo)大于縮放的基準(zhǔn)指標(biāo)，識別汽蝕條件。
10.一種檢測由電動機(jī)驅(qū)動的泵中的汽蝕的方法，該方法包含訪問與由可變頻率驅(qū)動器控制的電動機(jī)對應(yīng)的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)；產(chǎn)生從中移除基本頻率的修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)；在修改后的電動機(jī)電流數(shù)據(jù)上進(jìn)行頻譜分析，以產(chǎn)生電流頻譜；在電動機(jī)運行時間段上，由電流頻譜產(chǎn)生復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本；使用所述復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本的歷史故障指標(biāo)樣本計算汽蝕閾值；以及如果實時故障指標(biāo)樣本大于汽蝕閾值，產(chǎn)生警報。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其還包含，使用陷波濾波器，調(diào)節(jié)電動機(jī)電流數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，執(zhí)行頻譜分析包含在電動機(jī)電流數(shù)據(jù)上執(zhí)行FFT。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，產(chǎn)生復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)樣本包含基于修改后的頻譜的子部分的最大幅度，確定故障特征；以及將故障特征與基準(zhǔn)底進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其還包含計算代表無汽蝕條件的基準(zhǔn)底，其中，計算基準(zhǔn)底包含將低通濾波器應(yīng)用到電流頻譜的子部分之外的以及電流頻譜的基頻偏移部分之外的電流數(shù)據(jù)；以及計算濾波后的電流數(shù)據(jù)的平均值。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其還包含，使用實時電動機(jī)電流數(shù)據(jù)連續(xù)更新汽蝕閾值。
16.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，具有存儲于其上的計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包含指令，當(dāng)該指令由至少一個處理器執(zhí)行時，使得所述至少一個處理器接收來自耦合到電動機(jī)/泵系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)的電流數(shù)據(jù)；對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；產(chǎn)生電流數(shù)據(jù)的頻譜；從頻譜提取故障特征和基準(zhǔn)特征，故障特征和基準(zhǔn)特征代表電動機(jī)/泵系統(tǒng)的負(fù)載條件和運行頻率；使用故障特征和基準(zhǔn)特征來計算故障指標(biāo)；將故障指標(biāo)與故障閾值進(jìn)行比較；以及如果故障指標(biāo)大于故障閾值，產(chǎn)生警報。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，使得所述至少一個處理器提取故障特征的指令使得所述至少一個處理器定義一對頻率邊帶以及頻率偏移帶。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，使得所述至少一個處理器提取故障特征的指令進(jìn)一步使得所述至少一個處理器計算所述頻率邊帶對中的電流分量的平均值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，使得所述至少一個處理器提取基準(zhǔn)特征的指令使得所述至少一個處理器定義與頻譜對應(yīng)的一對頻率邊帶以及頻率偏移帶；將低通濾波器應(yīng)用到頻率邊帶對和頻率偏移帶以外的電流數(shù)據(jù)；以及計算濾波后的電流數(shù)據(jù)的平均值。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，當(dāng)指令由至少一個處理器執(zhí)行時進(jìn)一步使得所述至少一個處理器訪問來自電動機(jī)/泵運行的第一時間段的第一復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)；使用所述第一復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)的子集，計算故障閾值；訪問來自電動機(jī)/泵運行的第一時間段后的電動機(jī)/泵運行的第二時間段的第二復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)；以及使用第二復(fù)數(shù)個故障指標(biāo)的子集，更新故障閾值。
全文摘要
公開了用于檢測固定和可變供電頻率應(yīng)用的泵中的汽蝕的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包含控制器(14，24)，其具有處理器(26)，處理器(26)被編程為重復(fù)地接收來自對泵(12)進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)(22)的實時運行電流數(shù)據(jù)(28)，由電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電流頻譜，并在電流頻譜的一對特征頻帶內(nèi)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。處理器進(jìn)一步被編程為，作為該特征頻帶對內(nèi)的電流數(shù)據(jù)的函數(shù)，重復(fù)地確定故障特征，基于故障特征和動態(tài)基準(zhǔn)特征，重復(fù)地確定故障指標(biāo)，將故障指標(biāo)與基準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較，基于基準(zhǔn)指標(biāo)與當(dāng)前故障指標(biāo)之間的比較來識別泵中的汽蝕條件。
文檔編號F04D29/66GK102939463SQ201180027537
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者陸斌, S·K·沙爾瑪, T·閆, S·A·迪米諾 申請人:伊頓公司