一種離心泵剩余壽命預(yù)測方法
【專利摘要】一種離心泵壽命預(yù)測方法是應(yīng)用離心泵特性曲線作為離心泵失效壽命評估指標(biāo)，通過在離心泵剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的傳感器，繪制出離心泵運(yùn)行過程中的特性曲線，并根據(jù)特性曲線變化趨勢，基于ARMA時(shí)間序列離心泵剩余壽命預(yù)測方法預(yù)測出離心泵剩余壽命。本發(fā)明以離心泵特性曲線為壽命評價(jià)依據(jù)，適用于不同工況下運(yùn)行的離心泵，依據(jù)不同的使用要求，建立相應(yīng)的失效指標(biāo)，有效預(yù)測離心泵剩余使用壽命，最大限度地提高離心泵的利用效率。
【專利說明】
_種禹心泵剩余壽命預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種離心栗的壽命預(yù)測方法，尤其是一種根據(jù)離心栗特性曲線變化趨 勢，應(yīng)用ARMA時(shí)間序列預(yù)測出離心栗剩余壽命預(yù)測方法。 技術(shù)背景
[0002] 離心栗是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域排水的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，其在電力、礦山、化工、 農(nóng)業(yè)等多個(gè)行業(yè)都具有著重要的地位。離心栗在輸送流體介質(zhì)時(shí)，由于受到介質(zhì)中顆粒雜 質(zhì)的沖蝕，其葉片會出現(xiàn)一定程度的磨損，最終導(dǎo)致離心栗的失效。同時(shí)，軸承、連接器等元 件的故障也會導(dǎo)致離心栗性能下降。目前離心栗的維修仍以事后維修為主，即離心栗出現(xiàn) 故障后，檢測出故障位置并更換相應(yīng)的故障元件甚至離心栗整體。此種維修方式導(dǎo)致離心 栗短暫處于離線狀態(tài)，不能正常工作。目前比較通用解決辦法是增加備用栗，彌補(bǔ)因?yàn)榫S修 出現(xiàn)的空缺，但增加備用栗，意味著維修成本和初始投入的增加，而且，在某些應(yīng)用場合，離 心栗因意外而失效，會嚴(yán)重影響生產(chǎn)效益甚至生產(chǎn)安全。
[0003] 公開號為CN103077292A公開了名稱為"一種離心栗水力噪聲預(yù)測方法"，該方法通 過模型栗進(jìn)行三維造型，在ANSYS-CFX中計(jì)算得到非定常數(shù)值模擬值，預(yù)測出離心栗流體誘 導(dǎo)噪聲，該發(fā)明主要是針對離心栗設(shè)計(jì)過程中噪聲性能的預(yù)測，并未涉及離心栗剩余壽命 預(yù)測功能。
[0004] 公開號為CN104504219A公開了名稱為"一種基于cro的離心栗空化性能的預(yù)測方 法"，該方法使用CFD空化模型預(yù)測離心栗NPSHr的方法，針對離心栗NPSHr氣蝕參數(shù)的預(yù)測， 并未涉及離心栗剩余壽命預(yù)測功能。
[0005] 公開號為CN104298875A公開了名稱為"一種基于功率和壓差的離心栗流量預(yù)測方 法"，該方法應(yīng)用"灰盒子"構(gòu)造理論將離心栗整體分別劃分成電機(jī)模塊、機(jī)械模型和水力模 塊，提高離心栗模型流量預(yù)測精度。該發(fā)明主要針對離心栗設(shè)計(jì)過程中實(shí)際流量的預(yù)測，并 未涉及離心栗剩余壽命預(yù)測功能。
[0006] 上述現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于離心栗的預(yù)測方法，主要涉及離心栗設(shè)計(jì)過程中某些性能的 預(yù)測，均不具備離心栗剩余壽命的預(yù)測功能，為避免離心栗突然失效所帶來的突發(fā)事故以 及經(jīng)濟(jì)損失，需要預(yù)測出離心栗的剩余壽命，提前做好應(yīng)急處理方案，為離心栗的正常運(yùn)行 提供安全可靠保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種離心栗壽命預(yù)測方法，預(yù)測離心栗的剩余壽命，并根據(jù) 不同用戶的需要，設(shè)置相應(yīng)的失效壽命節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，提前預(yù)知離心栗的失效時(shí)間節(jié)點(diǎn)，為維修 和更換留有時(shí)間余地。
[0008] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足以及存在的問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明的目的，本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案如下。
[0009] -種離心栗剩余壽命預(yù)測方法，所述預(yù)測方法是應(yīng)用離心栗特性曲線作為離心栗 失效壽命評估指標(biāo)，通過在離心栗剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的傳感器，繪制出離心栗 運(yùn)行過程中的特性曲線，并根據(jù)特性曲線變化趨勢，基于ARMA時(shí)間序列離心栗剩余壽命預(yù) 測方法預(yù)測出離心栗剩余壽命。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明附加的幾個(gè)技術(shù)方案如下。
[0011] 所述離心栗特性曲線是離心栗流量-揚(yáng)程特性曲線和效率-流量特性曲線，根據(jù)兩 條所述離心栗特性曲線在其工作點(diǎn)出現(xiàn)的偏差大小，判定離心栗是否出現(xiàn)故障或失效。
[0012] 所述離心栗剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)是壓力監(jiān)測點(diǎn)和流量監(jiān)測點(diǎn)，所述壓力監(jiān)測點(diǎn)和 流量監(jiān)測點(diǎn)是在離心栗入口處設(shè)置壓力計(jì)測量負(fù)壓力值，在離心栗出水口處設(shè)置壓力計(jì)測 量正壓值;在離心栗出水口管上設(shè)置流量計(jì)，測量離心栗出水流量。
[0013] 所述壓力計(jì)和流量計(jì)是機(jī)械儀表或者傳感變送器的一種。
[0014] 所述工作點(diǎn)是離心栗額定工作點(diǎn)或任意流量工作點(diǎn)下的一種。
[0015] 所述偏差是離心栗在某流量工作點(diǎn)處揚(yáng)程偏差或效率偏差的一種。
[0016] 所述流量-揚(yáng)程特性曲線是應(yīng)用離心栗剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)所采集的流量和壓力 數(shù)據(jù)，將離心栗出口流量從〇到額定流量仏所對應(yīng)的揚(yáng)程點(diǎn)擬合而成的二維曲線。
[0017] 所述基于ARMA時(shí)間序列離心栗剩余壽命預(yù)測方法如下： (一) 選取某一流量Q，測出揚(yáng)程Η的一系列關(guān)于時(shí)間t的隨機(jī)變量H(t): ⑴HUt…Λ，…} ⑴ (二) 將隨機(jī)變量H(t)帶入到自回歸滑動平均模型(ARMA)中，預(yù)測出t時(shí)間后的揚(yáng)程變 化趨勢， 似…A妒…) ⑵ 所述自回歸滑動平均模型(ARMA)是自回歸(AR)和滑動平均項(xiàng)(MA)的結(jié)合模型，其模型 公式如下：
其中：-AR模型系數(shù);&一MA模型系數(shù)。
[0018] (三)根據(jù)離心栗失效壽命指標(biāo)評估方法中特性曲線的偏差Hf或％，當(dāng)
計(jì)算離心栗剩余壽命?-i為m個(gè)時(shí)間測量周期，BP == (/ 4- (6)。
[0019] 實(shí)施上述本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)對比，所具有的有益效果在于本 發(fā)明應(yīng)用離心栗水力學(xué)參數(shù):流量、揚(yáng)程和效率，通過ARMA模型預(yù)測出離心栗剩余壽命，給 離心栗更換維修提供合理的建議，并且提高了離心栗應(yīng)用的可靠性。目前，離心栗整體壽命 預(yù)測技術(shù)還未見公開報(bào)道。已公開技術(shù)中，主要針對離心栗中部分元件如軸承、聯(lián)軸器等做 出了相關(guān)研究，并未針對離心栗整體給出壽命預(yù)測方法。本發(fā)明以離心栗性能為壽命評估 指標(biāo)，總體上考察離心栗性能失效時(shí)間節(jié)點(diǎn)，預(yù)測離心栗壽命，從離心栗用戶角度出發(fā)，在 保證離心栗剩余壽命準(zhǔn)確預(yù)測的同時(shí)，使預(yù)測的離心栗可運(yùn)行壽命最大化。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明離心栗剩余壽命預(yù)測方法流程圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明離心栗失效壽命評估指標(biāo)示意圖。
[0022] 圖3是MD450-60x6型離心栗特性曲線圖。
[0023] 圖4是MD450-60x6型離心栗特性曲線擬合圖。
[0024]圖5是揚(yáng)程衰退變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出進(jìn)一步的說明。
[0026] 實(shí)施一種離心栗剩余壽命預(yù)測方法，包括離心栗失效壽命指標(biāo)評估方法、ARMA時(shí) 間序列離心栗剩余壽命預(yù)測方法和離心栗剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)布置位置方法。
[0027] 所述離心栗失效壽命指標(biāo)評估方法，包括離心栗流量-揚(yáng)程(H-Q)特性曲線和效 率-流量(n-Q)特性曲線，判定離心栗兩條特性曲線在其工作點(diǎn)出現(xiàn)的偏差大小，判定離心 栗是否出現(xiàn)故障或失效。
[0028] 所述工作點(diǎn)是離心栗額定工作點(diǎn)或任意流量工作點(diǎn)下的一種。
[0029] 所述偏差是離心栗在某流量工作點(diǎn)處揚(yáng)程(H)的偏差或效率(η)的一種。
[0030 ] 所述流量-揚(yáng)程(H-Q)特性曲線是指離心栗出口流量從0到額定流量Qe所以對應(yīng)的 揚(yáng)程點(diǎn)擬合而成的二維曲線，其中流量通過離心栗出口處流量計(jì)測得，揚(yáng)程通過離心栗出 口處和入口處兩位置壓力計(jì)測得的壓力值計(jì)算得出，計(jì)算公式為：
其中：PI、P2-栗進(jìn)、出口的壓力;Z1、Z2-栗進(jìn)、出口壓力測量點(diǎn)到水平面的高度;vl、 v2-栗進(jìn)、出口的平均流速;P-介質(zhì)密度。
[0031] 其中，D1、D2-栗進(jìn)、出水口處管徑。
[0032] 所述ARMA時(shí)間序列離心栗壽命預(yù)測方法如下： 步驟1:選取某一流量Q，測出揚(yáng)程Η的一列關(guān)于時(shí)間t的隨機(jī)變量H(t): // (i) - 5 f!i,, f*?； Η ., ' · J 步驟2:將隨機(jī)變量H(t)帶入到自回歸滑動平均模型(ARMA)中，預(yù)測出t時(shí)間后的揚(yáng)程 變化趨勢，H'（t)，： ，錄怒決彳美婦"、為一 所述自回歸滑動平均模型(ARMA)是自回歸(AR)和滑動平均項(xiàng)(MA)的結(jié)合模型，其模型 公式如下：
其中:aj - AR模型系數(shù);bk-Μ模型系數(shù)。
[0033]步驟3:根據(jù)離心栗失效壽命指標(biāo)評估方法中特性曲線的偏差Hf或nf，當(dāng)
計(jì)算離心栗剩余壽命Trml為m個(gè)時(shí)間測量周期，BP
所述離心栗壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)布置位置是在離心栗入口處布置壓力計(jì)測量負(fù)壓力值，在 離心栗出水口處布置壓力計(jì)測量正壓值，在離心栗出水口管路上布置流量計(jì)，測量離心栗 出水流量。
[0034] 所述壓力計(jì)和流量計(jì)是機(jī)械儀表或者傳感變送器的一種。
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出詳細(xì)說明，所述領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱 讀了本具體實(shí)施例后，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述的技術(shù)方案，同時(shí)也能夠體現(xiàn)本發(fā)明所述的優(yōu) 點(diǎn)與積極效果。
[0036] 某MD450-60x6型離心栗工作于煤礦井下，主要負(fù)責(zé)礦井主排水工作，MD280-43x6 離心栗手冊，其特性曲線如圖3所示，其健康狀態(tài)下離心栗流量工作點(diǎn)可為Q{0,30,60,90， 110，130，150，170，180}，與之相對應(yīng)的揚(yáng)程工作點(diǎn)財(cái)68,67.5,65,62.5,60,57.5,55,52.5， 51.2}，應(yīng)用多項(xiàng)式擬合方法，擬合出離心栗揚(yáng)程-流量特性方程為：
繪制出其特性如附圖4所示，在離心栗在煤礦井下工作過程，以周為單位，記錄流量在{ 0,30,60,90，110，130，150，170，180}工作點(diǎn)處的入水口處壓力？1和出水口處壓力？2，根據(jù) 公式（1)和公式(2)計(jì)算出相應(yīng)的揚(yáng)程H，并繪制出本周數(shù)據(jù)記錄時(shí)刻的離心栗揚(yáng)程-流量特 性曲線。
[0037]隨著離心栗在應(yīng)用過程中的磨損，離心栗的性能會下降，偏離初始狀態(tài)，以周為單 位，重復(fù)上述步驟，繪制離心栗的特性曲線。
[0038]以靜態(tài)工作點(diǎn)，即流量為0時(shí)刻的工作點(diǎn)作為參考，得出離心栗靜態(tài)工作點(diǎn)下的揚(yáng) 程時(shí)間序列Η，并繪制出時(shí)間序列H( t)與采集時(shí)間的曲線，即以周為單位繪制H( t)曲線，如 附圖5所示。
[0039] 將H(t)導(dǎo)入到ARMA模型中，根據(jù)公式3擬合出未來時(shí)間揚(yáng)程變化情況H'（t)，如附 圖5所示。
[0040]設(shè)定當(dāng)離心栗處于靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，揚(yáng)程55m為離心栗失效壽命指標(biāo)，根據(jù)預(yù)測圖3 中所示，離心栗剩余壽命還有18個(gè)數(shù)據(jù)記錄周期。在本例中以周為單位采集，即離心栗剩余 壽命還有18周。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種離屯、累剩余壽命預(yù)測方法，所述預(yù)測方法是應(yīng)用離屯、累特性曲線作為離屯、累失 效壽命評估指標(biāo)，通過在離屯、累剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的傳感器，繪制出離屯、累運(yùn) 行過程中的特性曲線，并根據(jù)特性曲線變化趨勢，基于ARMA時(shí)間序列離屯、累剩余壽命預(yù)測 方法預(yù)測出離屯、累剩余壽命。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述離屯、累特性曲線是離屯、累流量-揚(yáng)程特性曲線 和效率-流量特性曲線，根據(jù)兩條所述離屯、累特性曲線在其工作點(diǎn)出現(xiàn)的偏差大小，判定離 屯、累是否出現(xiàn)故障或失效。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述離屯、累剩余壽命預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)是壓力監(jiān)測點(diǎn)和 流量監(jiān)測點(diǎn)，所述壓力監(jiān)測點(diǎn)和流量監(jiān)測點(diǎn)是在離屯、累入口處設(shè)置壓力計(jì)測量負(fù)壓力值， 在離屯、累出水口處設(shè)置壓力計(jì)測量正壓值;在離屯、累出水口管上設(shè)置流量計(jì)，測量離屯、累 出水流量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)測方法，所述壓力計(jì)和流量計(jì)是機(jī)械儀表或者傳感變送器 的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述工作點(diǎn)是離屯、累額定工作點(diǎn)或任意流量工作 點(diǎn)下的一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述偏差是離屯、累在某流量工作點(diǎn)處揚(yáng)程偏差或 效率偏差的一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述流量-揚(yáng)程特性曲線是應(yīng)用離屯、累剩余壽命預(yù) 測監(jiān)測點(diǎn)所采集的流量和壓力數(shù)據(jù)，將離屯、累出口流量從0到額定流量Qe所對應(yīng)的揚(yáng)程點(diǎn) 擬合而成的二維曲線。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，所述基于ARMA時(shí)間序列離屯、累剩余壽命預(yù)測方法 如下： (一) 選取某一流量Q，測出揚(yáng)程Η的一系列關(guān)于時(shí)間t的隨機(jī)變量H(t): 妓俄二魏，為為私（ 1) (二) 將隨機(jī)變量H(t)帶入到自回歸滑動平均模型(ARMA)中，預(yù)測出t時(shí)間后的揚(yáng)程變 化趨勢，(2) 所述自回歸滑動平均模型(ARMA)是自回歸(AR)和滑動平均項(xiàng)(ΜΑ)的結(jié)合模型，其模型 公式如下：(3) 其中：aj-AR模型系數(shù);紅一ΜΑ模型系數(shù)； (Ξ)根據(jù)離屯、累失效壽命指標(biāo)評估方法中特性曲線的偏差出或％，當(dāng)計(jì)算離屯、累剩余壽命TV?i為m個(gè)時(shí)間測量周期，即 f {J 令 m)…tm (6)。
【文檔編號】F04D15/00GK106089753SQ201610502527
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】宋建成, 姚宇, 郭文琪, 鄭麗君, 任俊杰, 高云廣
【申請人】太原理工大學(xué)