專利名稱：檢測離心泵低流量/氣蝕的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種離心泵，更為具體地涉及一種利用來自泵電機(jī)控制器組件內(nèi)的電壓和電流傳感器的電壓和電流數(shù)據(jù)檢測一離心泵內(nèi)低流量和/或氣蝕的方法和裝置。
潛水電動離心泵一般用于飲用水供應(yīng)、灌溉、排水以及海上應(yīng)用。通常電機(jī)以及泵都會潛至水下并安裝在深達(dá)1000米的深井內(nèi)。此外，電機(jī)功率經(jīng)常達(dá)到上至2000kW，電壓上至10000V。由于所述泵的遠(yuǎn)程位置，工況監(jiān)控和不希望狀態(tài)的早期檢測通常是困難的。
離心泵中的低流量和氣蝕可能由幾種情況造成。例如，當(dāng)在泵內(nèi)的低壓區(qū)形成氣泡時可能造成氣蝕。這種現(xiàn)象一般稱作汽化。當(dāng)氣泡破裂或凝縮(degrade)時，它們在泵中的葉輪片處產(chǎn)生侵蝕。隨著時間的推移，這種通?？梢宰鳛橐环N從泵發(fā)出的“泵砂”聲被覺察到的狀況會造成泵的破壞或故障。泵的“低流量”或受限輸出(量)是作為由泵的輸入或輸出處的障礙造成的限制的結(jié)果而發(fā)生的。由這樣一種限制可以造成流體在泵殼體內(nèi)的再循環(huán)。這種再循環(huán)會在葉輪的葉片之間造成旋轉(zhuǎn)的渦流。這種渦流作用降低了泵內(nèi)的扭矩，并最終限制了泵的輸出(量)，顯然是一種不希望的狀況。
由于潛水泵在工作中所處的位置，通常難于檢測到氣蝕或低流量的發(fā)生。已經(jīng)開發(fā)了一些系統(tǒng)用于檢測氣蝕或低流量，但是這些系統(tǒng)需要與泵一體地安裝的附加儀器。這些附加儀器增加了泵的復(fù)雜程度和制造成本。
因此設(shè)計(jì)一種泵組件是值得期待的，其中在該泵中不需要使用附加儀器即可快速地確定并檢測到低流量和/或氣蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種離心泵，在其中檢測來自泵電機(jī)控制器內(nèi)電壓和電流傳感器的電壓和電流數(shù)據(jù)以確定泵中的低流量和/或氣蝕，并克服上述缺點(diǎn)。然后由電壓和電流數(shù)據(jù)生成一個功率信號并對其進(jìn)行頻譜分析以確定泵中的低流量或氣蝕。這樣，在電機(jī)或泵上不使用附加的傳感器和其它儀器就可以檢測到由泵的不正常工作造成的不希望的工作狀態(tài)并給出一個警告或維修信號。
因此，電機(jī)功率用來確定泵中是否存在低流量和/或氣蝕，即扭矩?fù)p失和汽化。功率優(yōu)選地通過來自一個三相電機(jī)的電壓和電流數(shù)據(jù)確定。在對泵組件進(jìn)行初始設(shè)置時，由一已知處于正常良好工作狀態(tài)的泵確定一個基線信號。然后該基線信號或數(shù)據(jù)用來與從工作數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出來的對應(yīng)信號進(jìn)行對比，以能夠容易地確定偏離正常良好工作狀態(tài)的情況。
在一個相對短的時間段如一秒鐘內(nèi)采集電壓和電流數(shù)據(jù)，然后生成相應(yīng)的功率信號。然后對該功率信號利用一快速傅里葉變換(FFT)進(jìn)行分析或進(jìn)行帶通濾波，以確定在一個預(yù)定頻率范圍內(nèi)功率信號中相對于基線信號的增加了的噪聲電平/噪聲級的位置。通過在感興趣的頻率范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)換過或?yàn)V波過的信號和所述基線信號的能量進(jìn)行比較，可以容易地確定指示存在氣蝕或低流量的增加了的噪聲級。噪聲級的相對增量是氣蝕或低流量程度大小的指標(biāo)。優(yōu)選地，向操作者或其他技術(shù)人員提供一個維修或警告信號，這樣如果需要，可以關(guān)閉泵或?qū)ぷ鳁l件進(jìn)行調(diào)整以排除造成故障狀況的原因。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于電動泵的電機(jī)控制器。該控制器包括至少一個電壓傳感器和至少一個電流傳感器并設(shè)計(jì)成接收來自所述至少一個電壓傳感器和至少一個電流傳感器的、工作中的泵的一個電壓和一個電流信號。該控制器還設(shè)計(jì)成可以由所述電壓信號和電流信號確定一個功率信號，生成對該功率信號的實(shí)時頻譜分析并從頻譜中提取出重要特征。該控制器還設(shè)計(jì)成由所述頻譜分析確定泵中一個低流量和一個氣蝕情況中的至少一個。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種其上存儲有一個用于檢測和用信號發(fā)送一電動泵的不正常工作情況的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。該程序表現(xiàn)為一組指令，該組指令在被一處理器執(zhí)行時使得該處理器確定一個泵電機(jī)組件內(nèi)功率的實(shí)時功率信號。這組指令還使處理器在若干的時間周期上對該實(shí)時功率信號進(jìn)行一頻譜分析并由其產(chǎn)生一個實(shí)時頻譜。然后該計(jì)算機(jī)程序?qū)?shí)時數(shù)據(jù)和一個處于良好運(yùn)行狀態(tài)的并在名義流量狀態(tài)工作的系統(tǒng)的基線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。然后該計(jì)算機(jī)程序確定所述基線數(shù)據(jù)和由當(dāng)前工作狀態(tài)中得出的數(shù)據(jù)之間的差別。如果該差別超過一個閾值，所述計(jì)算機(jī)程序則提供一個用信號指示泵內(nèi)的異常運(yùn)行的外部通知。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種檢測在離心泵電機(jī)中的正常工作的方法包括產(chǎn)生一已知正常工作的泵的一個基線頻譜的步驟。該方法還包括從一個功率信號生成工作中的泵的一個實(shí)時頻譜的步驟，該功率信號是由從所述泵的一個電機(jī)中的傳感器獲得的電壓和電流信號推導(dǎo)出的，然后從該頻譜中提取包含在一個規(guī)定頻譜范圍中的能量。然后將該能量與從所述基線頻譜獲得的能量進(jìn)行比較，并由此確定一個不希望的泵工作狀態(tài)。如果存在不希望的工作狀態(tài)，提供一個指示存在該狀態(tài)的信號。
本發(fā)明的各種其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說明和附圖中進(jìn)行說明。
附圖的簡要說明附圖示出目前設(shè)計(jì)的用于實(shí)施所述發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。
其中

圖1示出一個用于一離心泵的電機(jī)和控制器組件的示意性視圖。
圖2示出一個總體上說明根據(jù)本發(fā)明的檢測一離心泵中的低流量和/或氣蝕的步驟的流程圖。
圖3示出一個更為詳細(xì)地說明圖2所示步驟的流程圖。
圖4示出一個總體上說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的檢測一離心泵中的低流量和/或氣蝕的步驟的流程圖。
圖5示出一個更為詳細(xì)地說明圖4所示流程圖的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例的具體說明本發(fā)明涉及對一個具有一個三相電機(jī)的離心泵內(nèi)的低流量和/或氣蝕的檢測。在圖1中示出一個用于一離心泵的電機(jī)組件。電機(jī)組件10包括一個從電源14接收電力的電機(jī)12。該組件還包括監(jiān)控和控制電機(jī)工作的一個控制器16?？刂破?6包括一個處理器18，如將結(jié)合圖2-5更為詳細(xì)說明的，該處理器執(zhí)行一個根據(jù)電壓和電流數(shù)據(jù)確定離心泵中的低流量和/或氣蝕的算法。電機(jī)控制器組件10還包括一對電壓傳感器20和一對電流傳感器22。眾所周知，電壓和電流數(shù)據(jù)可以只由三相電機(jī)中的兩相得到，這是因?yàn)榈谌嗟碾妷汉碗娏鲾?shù)據(jù)可以由被監(jiān)控的兩相的電壓和電流數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來。盡管對于本發(fā)明的說明是關(guān)于三相電機(jī)的，但本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于單相電機(jī)。
參考圖2，所示為檢測和確定一離心泵內(nèi)低流量和/或氣蝕的存在的總體概況。處理器24利用一快速傅立葉變換(FFT)以根據(jù)由泵電機(jī)中的傳感器得到的電壓和電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個功率信號的頻譜分析。利用FFT檢測一個離心泵中低流量和/或氣蝕狀態(tài)的過程從利用電機(jī)控制器組件中的電壓和電流傳感器獲得電壓和電流數(shù)據(jù)26開始。由于電機(jī)控制器一般包括電壓和電流傳感器，通過直接從電機(jī)控制器中的電壓傳感器(和電流傳感器)獲得電壓和電流數(shù)據(jù)，就沒有必要安裝附加的儀器以獲得電壓和電流數(shù)據(jù)。獲得電壓和電流數(shù)據(jù)后，就在步驟28對信號進(jìn)行調(diào)整(condition)。對電壓和電流信號的調(diào)整包括對信號進(jìn)行放大、緩沖(buffering)和防混疊(anti-aliasing)。對電壓和電流信號進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整以后，將信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器30以進(jìn)行取樣。在步驟32由取樣所得電壓和電流信號確定一功率信號或計(jì)算。所述功率信號是通過將電壓值和電流值相乘而確定的。結(jié)果是，可以容易地產(chǎn)生一個將電機(jī)功率表示為時間函數(shù)的功率信號。在步驟34對計(jì)算所得的功率信號進(jìn)行一FFT以產(chǎn)生一頻譜。通過對功率信號進(jìn)行FFT，可以生成一頻譜并可以將該頻譜的特征與一基線頻譜的特征進(jìn)行比較。根據(jù)步驟36的該比較，可以在步驟38輸出一個以信號表示該泵中一低流量和/或氣蝕的輸出信號。輸出可以采取包括聲音和視覺警告的各種形式并可以關(guān)閉泵。
參考圖3，下面說明利用FFT進(jìn)行低流量/氣蝕檢測的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。所述算法或過程40提供了一種計(jì)算電機(jī)功率的FFT并將一頻帶的譜能量與閾值進(jìn)行比較的有效的機(jī)制，該閾值是當(dāng)已知泵正常工作或工作于或接近工作于其最佳效率點(diǎn)時在設(shè)置時建立的。所述閾值或基線數(shù)據(jù)在初始設(shè)置在各種正常工作條件下的泵電機(jī)時獲得，以在確定工作的基點(diǎn)時考慮到與每個泵相關(guān)的細(xì)微差別。簡而言之，就是對每個泵進(jìn)行模擬以確定一工作的基線數(shù)據(jù)，以使得可以相對于泵的良好和正常的運(yùn)轉(zhuǎn)容易地確定/識別隨時間的變化/差異。
如前所述，電壓和電流數(shù)據(jù)是從泵電機(jī)的電機(jī)起動器中的電壓和電流傳感器獲得的。特別地，在步驟42獲得三相異步電機(jī)的兩個相對于共有節(jié)點(diǎn)的線間電壓和這兩條線的線電流。然后在步驟44將所述電壓和電流數(shù)據(jù)輸入一防混疊濾波器，該濾波器在一為取樣率的一半的頻率下提供一至少40dB的衰減。建議防混疊濾波器具有一小于1dB的通帶波動。截止頻率優(yōu)選地約為1kHz。然后在步驟46對防混疊后的信號進(jìn)行調(diào)整。然后將調(diào)整過的信號輸入一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并以為大約5kHz的取樣率進(jìn)行取樣。然后將采集到的信號輸入功率計(jì)算裝置50。
所述功率計(jì)算優(yōu)選地為一“實(shí)時”完成的三相計(jì)算。即在獲得數(shù)據(jù)時實(shí)時地確定泵電機(jī)的功率。通過將電機(jī)的一個端子當(dāng)作一個共有結(jié)點(diǎn)(common node)，然后將相對于該節(jié)點(diǎn)的線間電壓乘以各自的線電流，從而確定功率。在功率計(jì)算之后，在步驟52實(shí)時地對功率信號進(jìn)行濾波并在步驟54對其進(jìn)行抽取而得到一個1024點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集存儲在存儲器中，以用于FFT。由于功率相對于感興趣的分量具有相對大的平均值，在將獲得的數(shù)據(jù)用于FFT計(jì)算之前，必須允許濾波器輸出達(dá)到該平均值。如下面將更為詳細(xì)地說明的一樣，在存儲用于FFT計(jì)算的所述數(shù)據(jù)集之前，進(jìn)行一項(xiàng)穩(wěn)態(tài)分析以確保濾波器輸出達(dá)到該平均值。
在步驟52通過一個具有90Hz截止頻率、小于1dB的通帶波動和180Hz時60dB的衰減的八階低通橢圓濾波器來完成對功率信號的濾波。要求該濾波過程在對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取至最終取樣頻率時消除混疊現(xiàn)象。為了提供一個對評估各種診斷條件有用的FFT，選擇截止頻率以允許感知高達(dá)120Hz的信號，或頻率大約為一工作在60Hz電力線上的雙極電機(jī)的工作頻率兩倍的信號。初始以大約5kHz采集的數(shù)據(jù)優(yōu)選地在步驟54通過每25個點(diǎn)抽取一次產(chǎn)生一個大約為213.33Hz的有效取樣率。這種選擇根據(jù)幾個因素。例如，為了進(jìn)行有效的FFT該數(shù)據(jù)集必須具有至2n的長度以產(chǎn)生一具有高質(zhì)量精度(quality definition)的頻譜。在檢查除氣蝕以外的故障情況時，還希望區(qū)分功率頻率的漏泄(leakage)和與電機(jī)運(yùn)行速度相關(guān)的功率的諧波和信號。例如，對于一個雙極電機(jī)，它們只通過轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行區(qū)分。因此，希望具有至少為0.4Hz的譜分辨率，定義為分辨率＝Fs/Np (式1)其中Fs為取樣率，而Np為數(shù)據(jù)集中點(diǎn)的數(shù)量。對于Fs為213.33而Np為1024的情況，分辨率大約為0.208Hz。另一個要考慮的因素是在執(zhí)行一定點(diǎn)FFT時避免數(shù)據(jù)分辨率的損失。為此，希望使用最小的數(shù)據(jù)集長度。應(yīng)該這樣地選擇參數(shù)，以用較短的數(shù)據(jù)集長度得到合理的結(jié)果。此外希望避免使用一個最終會要求附加的倍乘運(yùn)算(multiply operations)的頻率窗。
由于功率相對于感興趣的信號具有相對大的平均值，在步驟54從抽取和存儲的數(shù)據(jù)集中(的數(shù)據(jù)中)扣除平均值以用于所述FFT處理。這會消除在零頻率處一個很大的頻譜尖峰和減小在FFT過程中必須處理的數(shù)值的范圍，并由此允許使用定點(diǎn)處理。
再次參考圖3，在步驟56對抽取所得信號進(jìn)行一1024點(diǎn)FFT。優(yōu)選地，使用一個數(shù)值信號處理器來實(shí)施FFT并得出結(jié)果和為信號真實(shí)幅值平方的譜值。由于平方根運(yùn)算是繁瑣的，平方值被用于步驟58的頻譜評價。因?yàn)閷τ谝唤o定數(shù)據(jù)集的FFT在與其它在名義上相同的條件下采集的數(shù)據(jù)集的FFT相比時會出現(xiàn)一些隨機(jī)的變化和頻譜幅值，所以優(yōu)選地通過對若干FFT一起求平均值以減小這些隨機(jī)變化。結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明在步驟60優(yōu)選地對四次FFT求均值。因?yàn)镽AM可能經(jīng)常是有限的，在計(jì)算平均值之前的四次單獨(dú)的FFT的結(jié)果沒有存儲。即，使用相同的頻譜存儲區(qū)來集中所有四次FFT的結(jié)果并在最終進(jìn)行一次求平均值運(yùn)算。然后對四次FFT求平均值的結(jié)果進(jìn)行分析以包括在5到25Hz之間的頻譜。該頻率范圍是經(jīng)驗(yàn)地確定為如果泵流動發(fā)生阻礙時在一個瞬時功率信號中的噪聲增大的范圍。然后在步驟62將在該范圍內(nèi)的FFT數(shù)據(jù)輸入一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器。結(jié)果信號可以在步驟64顯示在一示波器或計(jì)算機(jī)屏幕上以供分析。另外，在步驟65計(jì)算在約為5到25Hz的頻帶內(nèi)的譜能量，并且如果在該頻帶的噪聲能量超過一個閾值則觸發(fā)一個警告信號或警報(bào)66。同樣地，將在該頻帶內(nèi)的所述噪聲能量與一基線信號進(jìn)行比較。
如果具有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)以產(chǎn)生一可靠和可用的結(jié)果，也可以只執(zhí)行一次FFT而不是對四次FFT求平均值。
所述實(shí)時功率信號的頻譜和所述基線可以顯示在一個控制臺上，以使一操作者或技術(shù)人員可以根據(jù)對5-25Hz頻率范圍的視覺檢查而確定低流量和/或氣蝕狀況。當(dāng)持續(xù)穩(wěn)定地超過5-25Hz范圍內(nèi)的可接受的基線能量時，還可以進(jìn)行其它指示，如警示燈和聲音警告?？墒褂靡粌杉壍木嫦到y(tǒng)，即，一種略微超過基線的狀態(tài)起動一個低優(yōu)先級的警示燈，而當(dāng)一種大幅度地高于基線的狀態(tài)觸發(fā)一個緊急警報(bào)。
如前所述，進(jìn)行一穩(wěn)態(tài)分析以確保數(shù)據(jù)獲得的完整性。即，通過對比數(shù)據(jù)集第二半部的功率平均值評估第一半部分的功率平均值，為一穩(wěn)定的工作狀態(tài)而進(jìn)行數(shù)據(jù)評估。對于要存在的穩(wěn)定狀態(tài)條件，要求兩個半部的功率平均值相互(差別)在一個百分點(diǎn)之內(nèi)。如果遇到非穩(wěn)定狀態(tài)條件，則刪除整個FFT數(shù)據(jù)集，該過程以新的一組四次FFT重新開始。
參考圖4，一種用于檢測電動泵中低流量和/或氣蝕的可選算法利用一個代替FFT的數(shù)值帶通濾波器來產(chǎn)生一個只表示功率信號在5到25Hz范圍內(nèi)的信號內(nèi)容的輸出。因?yàn)橐换跒V波器的算法的計(jì)算工作比FFT的少，該基于濾波器的方法特別適用于低成本產(chǎn)品的實(shí)施中。但是，如果一給定電機(jī)控制產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)施了結(jié)合其它電機(jī)控制參數(shù)的另一種基于FFT的算法，該FFT方法可以是優(yōu)選的。
類似于所述FFT算法，所述數(shù)值帶通算法68從獲得電壓和電流數(shù)據(jù)70開始。然后在步驟72對所述電壓和電流數(shù)據(jù)或信號進(jìn)行調(diào)整和防混疊處理。然后將加工過的信號輸入一模數(shù)轉(zhuǎn)換器74以進(jìn)行取樣。利用取樣信號在步驟74推導(dǎo)出一個功率信號。與所述FFT方法類似，通過將電壓和電流數(shù)據(jù)相乘推導(dǎo)出該功率信號。然后將功率信號輸入一個數(shù)值帶通濾波器78。通過對該電機(jī)信號進(jìn)行第一次低通濾波，就可以允許在沒有混疊的情況下進(jìn)行抽取。然后在步驟80確定一個所述數(shù)值帶通濾波器的輸出的絕對值的平均值，接下來在步驟82將其與一系列閾值進(jìn)行比較。將所述濾波處理的實(shí)時功率信號的平均絕對值和由基線功率信號得到的值進(jìn)行比較，使得可以容易地確定泵中異常情況，即低流量和氣蝕的存在。在步驟84輸出泵的運(yùn)行狀態(tài)。例如，如果泵運(yùn)行正常，就可以給出一個指示正常工作的“綠色”或運(yùn)行正常的信號。如果檢測到開始出現(xiàn)低流量或氣蝕則可以給出一個“黃色”或引起注意的警告，如果泵在有必要關(guān)閉泵或提出修正工作條件的緊急要求嚴(yán)重的低流量和/或氣蝕工作條件下工作，則給出一個“紅色”或關(guān)機(jī)警告。
下面參考圖5示出一個專門詳細(xì)說明上面所述的基于濾波器的算法的處理過程86。該處理過程86從獲得電壓和電流數(shù)據(jù)90和接下來的對電壓和電流信號進(jìn)行防混疊92和信號調(diào)整94開始。然后將調(diào)整過的信號輸入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器96，緊接著在步驟98執(zhí)行一功率計(jì)算以從所述電壓和電流信號得出一個功率信號。優(yōu)選地進(jìn)行一個三相功率的計(jì)算。然后將該功率信號輸入一個低通濾波器100。該低通濾波器優(yōu)選地是一六階契比雪夫一型濾波器。接下來在步驟102通過每10個點(diǎn)抽取一次將低通濾波信號抽取成一500Hz的樣本。抽取降低了接下來的帶通濾波階段的通帶選擇性，由此允許在一個16位定點(diǎn)的數(shù)值信號處理器體系結(jié)構(gòu)中實(shí)施。然后在步驟104將抽取的信號輸入一個六階契比雪夫一型帶通濾波器。所述帶通濾波階段分離在5-15Hz范圍內(nèi)絕大部分的頻率(約3dB的通帶)。在一個實(shí)施例中，由于所述數(shù)值帶通濾波器必須在沒有過分復(fù)雜的傳遞函數(shù)的情況充分地衰減25Hz以上的頻率，所述感興趣的范圍不包括15-30Hz(的頻率)。然后在步驟106計(jì)算濾波信號的絕對值，并利用一個在0.25Hz具有一3dB衰減的低通巴特沃斯濾波器108對其求平均值。該平均信號(所述低通濾波器的輸出)在幅值上與由低流量和/或氣蝕運(yùn)轉(zhuǎn)造成的頻譜噪聲幾乎是成比例的。然后在步驟110將低通濾波器的輸出(信號)輸入一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，緊接著在步驟112可以將該信號顯示在一個示波器或控制臺上。在一個示波器上顯示所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出使得一個操作者或技術(shù)人員能夠相對于一基線信號對所述功率信號進(jìn)行視覺觀察，以確定泵中的低流量和/或氣蝕。也可以采用其它的圖形顯示器來“顯示”信號。例如，可以在一個計(jì)算機(jī)屏幕上圖形地對比顯示所述實(shí)時信號和一基線信號。另外，在步驟114可以根據(jù)所述實(shí)時功率信號和基線信號之間的差別觸發(fā)一個通知燈或聲音警報(bào)。因此將所述低通濾波信號與工作在或接近工作在其最后效率點(diǎn)的泵的基線信號進(jìn)行比較。如果所述濾波信號和基線信號之間的差別足夠大，則給出一個警告，如觸發(fā)一個指示燈或警報(bào)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供一種用于電動泵的電機(jī)控制器。該控制器包括至少一個電壓傳感器和至少一個電流傳感器并設(shè)計(jì)成接收來自所述至少一個電壓傳感器和至少一個電流傳感器的、工作中的泵的一個電壓和一個電流信號。該控制器還設(shè)計(jì)成可以由所述電壓信號和電流信號確定一個功率信號并產(chǎn)生對該功率信號的實(shí)時頻譜分析。該控制器還設(shè)計(jì)成由頻譜分析確定泵中的一個低流量現(xiàn)象和一個氣蝕狀況中的至少一個。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，提供一個其上存儲有一個用于檢測和用信號發(fā)送一個電動泵的不正常工作的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)程序表現(xiàn)為一組指令，該組指令在被一處理器執(zhí)行時使得處理器確定一個泵電機(jī)組件功率的一個實(shí)時功率信號。該組指令還使處理器在幾個時間周期上對實(shí)時功率信號進(jìn)行一頻譜分析并由此產(chǎn)生一個實(shí)時頻譜。該計(jì)算機(jī)程序?qū)⑺鰧?shí)時頻譜的特征與由一基線頻譜得出的特征進(jìn)行比較。然后計(jì)算機(jī)程序確定所述基線數(shù)據(jù)和由所述實(shí)時頻譜得出的數(shù)據(jù)之間的差別，如果所述差別超過一個閾值，則提供一個以信號指示泵內(nèi)不正常工作的外部的通知信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種監(jiān)控一個離心泵電機(jī)中正常工作的方法包括生成一已知工作正常的泵的一個基線頻譜的步驟。該方法還包括在從一個由電壓和電流信號推導(dǎo)出的功率信號得出工作中的泵的一個實(shí)時頻譜的步驟，所述電壓和電流信號是從一個泵電機(jī)中的傳感器得到的。然后將部分所述實(shí)時頻譜與所述基線頻譜進(jìn)行比較并由此確定不希望的泵工作狀態(tài)。如果存在一不希望的狀態(tài)，則給出一個指示該狀態(tài)存在的信號。
本發(fā)明是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明的，并且應(yīng)該認(rèn)識到除了這些明確說明的方案，(本發(fā)明的)等效方案，可選方案和改進(jìn)方案也是可能的并屬于從屬權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于一泵的電機(jī)控制器(16)，該控制器(16)設(shè)計(jì)成由一電機(jī)起動器的至少一個電壓傳感器(20)和至少一個電流傳感器(22)獲得電壓和電流信號(22、42、70、90)；由所述電壓信號(20)和電流信號(22)確定一個所述電機(jī)起動器內(nèi)的功率信號(32、50、76、98)；對所述功率信號進(jìn)行一頻譜分析(34、56)；對分析過的功率信號和一基本信號進(jìn)行比較(36、65、82)；和由所述比較確定所述泵中低流量和氣蝕中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制器，其特征在于，該控制器還設(shè)計(jì)成利用一快速傅立葉變換進(jìn)行所述頻譜分析(34、56)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制器，其特征在于，該控制器還設(shè)計(jì)成利用帶通濾波進(jìn)行所述頻譜分析(78、104)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制器，其特征在于，該控制器還設(shè)計(jì)成檢測所述功率信號中的過大噪聲(82、114)，以其作為所述低流量和氣蝕中的至少一個的指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制器，其特征在于，該控制器還設(shè)計(jì)成對在可接受的工作條件的泵的工作進(jìn)行模擬以確定所述基本信號(114)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制器，其特征在于，該控制器還設(shè)計(jì)成在幾個周期上進(jìn)行頻譜分析并比較所述在幾個周期上分析的功率信號以確定泵中所述低流量和氣蝕中的至少一個。
7.一個其上存儲有一個確定一泵的非正常工作的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序表現(xiàn)為一組指令，所述指令在被一處理器(18)執(zhí)行時使得處理器(18)確定一個一泵電機(jī)組件內(nèi)的功率的實(shí)時功率信號(32、50、76、98)；對所述實(shí)時功率信號在幾個時間周期上進(jìn)行一頻譜分析并由此生成一個實(shí)時信號頻譜(34、56)；將所述實(shí)時頻譜與一基線頻譜進(jìn)行比較(36、65、82、114)；確定所述基線頻譜和所述實(shí)時頻譜之間在一個感興趣的頻率范圍內(nèi)的差別；和如果所述差別超過一個閾值，則輸出一個通知信號(38、66、84、114)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，如果所述差別超過所述閾值，所述一組指令還使所述計(jì)算機(jī)(處理器)觸發(fā)一個警告燈(64、66、112、114)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述一組指令還使所述處理器對所述實(shí)時功率信號進(jìn)行一快速傅里葉變換(34、56)以生成所述實(shí)時頻譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述一組指令還使所述處理器將所述實(shí)時功率信號輸入一個帶通濾波器(78、104)以提取在感興趣的頻率范圍內(nèi)的實(shí)時頻譜。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述一組指令還使所述處理器根據(jù)所述實(shí)時功率信號和一基線功率信號之間的頻譜能量差別確定泵中低流量和氣蝕中的至少一種(114)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述一組指令還使所述處理器將所述頻譜能量的比較限制在5-25Hz的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述一組指令還使所述處理器由從一個三相電機(jī)的至少兩相獲得的電壓和電流信號(26、42、70、90)確定所述實(shí)時功率信號(32、50、76、98)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，其特征為，所述差別指示所述實(shí)時功率信號中不希望的噪聲。
15.一種監(jiān)控一個離心泵正常工作的方法，包括以下步驟生成一已知工作正常的泵的一個基線頻譜；在從一個由電壓和電流信號推導(dǎo)出(26、42、70、90)的功率信號得出工作中的泵的一個實(shí)時頻譜(32、50、76、98)，所述電壓和電流信號是從一個泵電機(jī)中的傳感器(20、22)得到的；將所述實(shí)時頻譜與所述基線頻譜進(jìn)行比較并由此確定不希望的泵的工作狀態(tài)(36、114)；和以信號指示存在所述不希望的泵的工作狀態(tài)(66、114)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征為，其中所述生成所述實(shí)時頻譜的步驟包括由一個電機(jī)的至少兩相獲得電壓和電流信號(26、42、70、90)和對獲得的信號進(jìn)行防混疊的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征為，其中所述生成所述實(shí)時頻譜的步驟包括對所述功率信號進(jìn)行快速傅立葉變換(34、56)的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征為，其中所述生成所述實(shí)時頻譜的步驟包括對所述功率信號進(jìn)行帶通濾波的步驟(78、104)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征為，其中還包括在幾個時間段上生成所述實(shí)時頻譜，確定所述幾個時間段的一個平均值，和將所述平均值與所述基線頻譜進(jìn)行比較的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征為，其中在所述實(shí)時頻譜的一個選定的頻帶內(nèi)的、超過一個閾值(82)的噪聲指示所述不希望的泵工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離心泵，其中由一泵電機(jī)(12)內(nèi)的電壓和電流傳感器(20、22)檢測電壓和電流數(shù)據(jù)(26、70)。然后由所述電壓和電流數(shù)據(jù)生成一功率信號(32、76)并對該功率信號進(jìn)行頻譜分析以確定所述泵中的低流量或氣蝕。這樣，不需要在電機(jī)或泵上安裝附加的傳感器和其它儀器就可以檢測由不正常的泵運(yùn)轉(zhuǎn)造成的不希望的工作狀態(tài)并給出一個警告或維修信號(66、114)。
文檔編號F04B49/06GK1501077SQ20031010383
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者S·C·施馬爾茨, R·P·舒赫曼, S C 施馬爾茨, 舒赫曼 申請人:伊頓公司