开式循环水泵振动磨损关联诊断方法及系统与流程

本发明属于旋转机械状态监测与故障诊断，具体涉及一种开式循环水泵振动磨损关联诊断方法及系统。

背景技术：

1、在电力、化工等行业的开式循环冷却水系统中，循环水泵多直接采用海水、江河水等自然水源作为冷却介质。因水源含泥沙、悬浮物及杂质，泵组过流部件与支撑轴承长期在含颗粒流体工况下运行，易产生磨粒磨损与冲蚀，进而导致部件间隙增大、转子径向约束下降，引发振动加剧，并形成磨损-振动-碰磨的正反馈恶化机制。现有循环水泵状态监测多采用振动速度有效值单一阈值报警或常规频谱分析，无法适配开式循环工况下磨损的阶段性演化特征，早期颗粒冲击引发的高频振动特征微弱，中期间隙超标引发的低频摆动特征滞后，晚期故障特征耦合显著。传统方法难以解耦高低频振动信号，无法区分颗粒冲击与间隙失效的故障机理，不能精准识别磨损阶段与演化拐点，普遍存在预警滞后、误报漏报率高的问题，难以实现预测性维护，大幅增加机组非计划停机风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种开式循环水泵振动磨损关联诊断方法及系统，用以解决现有监测方法难以解耦高低频振动、无法区分磨损机理、预警滞后及误报漏报率高的技术缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

3、本技术第一方面，提供了一种开式循环水泵振动磨损关联诊断方法，包括：

4、通过布设于循环水泵轴承及泵壳部位的振动传感器，采集泵组运行过程中的多维振动信号；

5、对所述多维振动信号进行频域解耦，提取表征流体颗粒冲击的高频振动特征与表征转子径向约束下降的低频振动特征；

6、根据所述高频振动特征与低频振动特征在预设时间窗口内的变化率差异及比值趋势，构建时序演化关联关系；

7、依据所述时序演化关联关系，判定循环水泵当前对应的磨损演化阶段。

8、进一步地，所述高频振动特征对应循环水泵轴承及泵壳部件的固有频率响应段，用于表征流体中硬质颗粒对泵体结构的磨粒冲击；

9、所述低频振动特征对应泵组转子系统的工频及亚工频段，用于表征转子因轴承磨损导致径向支撑刚度下降、径向约束失效的运行状态。

10、进一步地，构建所述时序演化关联关系具体包括：

11、在预设滑动时间窗口内，分别计算所述高频振动特征对应的第一变化率、以及所述低频振动特征对应的第二变化率；

12、根据所述第一变化率与第二变化率的相对差异，结合高频振动特征与低频振动特征的比值时序变化趋势，建立用于表征泵组磨损演进规律的时序演化关联关系。

13、进一步地，提取所述高频振动特征包括：

14、对所述循环水泵轴承及泵壳部位采集的多维振动信号进行带通滤波处理，截取对应部件固有频率响应段的高频信号分量；

15、对所述高频信号分量执行希尔伯特变换，获取信号包络；

16、对所述包络信号执行快速傅里叶变换，生成包络谱数据；

17、提取所述包络谱内预设冲击频率区间的谱峰能量，将其作为表征磨粒冲击的高频振动特征。

18、进一步地，提取所述高频振动特征包括：

19、对由循环水泵轴承及泵壳部位采集的多维振动信号进行高通滤波处理，获得表征颗粒冲击的高频冲击信号；

20、计算所述高频冲击信号在预设采样周期内的峰值与均方根比值；

21、将超出预设冲击能量阈值的信号进行能量积分，得到振动尖峰能量，并以该振动尖峰能量作为表征磨粒冲击的高频振动特征。

22、进一步地，提取所述低频振动特征包括：

23、对由循环水泵轴承及泵壳部位采集的多维振动信号进行低通滤波处理，获取转子工频及亚工频段的低频信号分量；

24、对所述低频信号分量依次执行重采样与加窗抑制频谱泄漏，再进行快速傅里叶变换得到高分辨率细化频谱；

25、基于泵组实时转速识别转子一倍频分量与预设阶次亚谐波分量；

26、将转子一倍频幅值与亚谐波幅值按预设权重系数加权求和，得到表征转子径向约束下降的低频振动特征。

27、进一步地，判定所述磨损演化阶段具体包括：

28、当高频振动特征的第一变化率大于低频振动特征的第二变化率、且高低频特征比值趋势持续上升时，判定循环水泵轴承与转子系统处于早期磨损期；

29、当低频振动特征的第二变化率超过预设加速阈值、且高低频特征比值趋势反转下降时，判定处于中期磨损期；

30、当高频与低频振动特征均突破预设危险阈值、且两者变化率呈发散状态时，判定处于晚期磨损期。

31、进一步地，所述方法还包括：

32、根据所判定的循环水泵轴承及转子系统磨损演化阶段，生成对应等级的预警指令；

33、当处于早期磨损期时，生成用于改善轴承润滑状态的第一预警指令；

34、当处于中期磨损期时，生成用于计划检修的第二预警指令；

35、当处于晚期磨损期时，生成用于立即停机检查的第三预警指令；

36、并将所述预警指令推送至运维终端。

37、进一步地，在采集所述多维振动信号之后还包括：

38、对循环水泵轴承及泵壳部位采集的多维振动信号执行自适应滤波处理，滤除环境噪声与电磁干扰；

39、根据泵组实时温度数据对振动信号进行温度漂移补偿；

40、剔除补偿信号中的异常离群点，得到纯净目标振动信号；

41、基于泵组历史正常运行数据，建立振动健康基线模型。

42、本技术第二方面，提供了一种开式循环水泵振动磨损关联诊断系统，包括：

43、数据采集模块，配置为通过布设于循环水泵轴承及泵壳部位的振动传感器，采集泵组运行过程中的多维振动信号；

44、数据处理模块，配置为对所述多维振动信号进行频域解耦，提取表征流体颗粒冲击的高频振动特征与表征转子径向约束下降的低频振动特征；根据所述高频振动特征与低频振动特征在预设时间窗口内的变化率差异及比值趋势，构建时序演化关联关系；并依据所述时序演化关联关系，判定循环水泵当前对应的磨损演化阶段。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、1、通过采集多维振动信号并进行频域解耦，能够有效分离表征颗粒冲击的高频特征与表征转子径向约束下降的低频特征，再基于变化率差异与比值趋势构建时序演化关联关系，可判定循环水泵磨损演化阶段，从根本上解决传统单一振动指标无法区分故障机理、预警滞后的问题，实现磨损全过程动态追踪，提高诊断准确性与实时性，为开式循环水泵安全运行与预测性维护提供可靠依据。

47、2、通过明确高频振动特征对应轴承及泵壳固有频率段、低频特征对应转子工频及亚工频段，使提取的特征具备明确物理意义，能够区分磨粒冲击与径向约束失效两种故障机理，避免传统频谱分析中特征混淆、误判率高的问题，显著提升磨损原因识别的针对性与可信度，为后续阶段判定提供机理清晰、信噪比高的特征基础，增强诊断方法的稳定性与可靠性。

48、3、通过在滑动时间窗口内计算高低频特征变化率，并结合比值时序趋势构建关联关系，能够动态反映磨损演进规律，有效滤除工况波动与随机噪声干扰，相比固定阈值判断方式，可更敏锐捕捉磨损由早期向中期转化的关键拐点，提升阶段判定的灵敏度与准确性，实现对磨损发展趋势的量化评估，为提前预警与趋势分析提供稳定可靠的判断依据。

49、4、采用带通滤波、希尔伯特变换、包络谱分析提取高频特征，能够放大微弱磨粒冲击信号，有效抑制背景噪声干扰，精准捕捉早期磨损引发的冲击响应，解决传统方法难以识别早期微小磨损的难题，使磨损初期隐患能够被及时检出，提升诊断方法的早期识别能力与故障灵敏度。

50、5、通过高通滤波、峰值均方根比值计算及冲击能量积分方式提取高频振动特征，对随机泥沙颗粒冲击具有强鲁棒性，无需依赖特定共振频率即可有效识别磨粒冲击强度，适用于开式循环复杂工况，能够稳定提取微弱冲击信息，避免因冲击非周期性导致的特征丢失，进一步提升高频特征提取的适用性与可靠性，增强早期磨损识别能力。

51、6、通过低通滤波、重采样、加窗及细化频谱处理提取低频特征，可识别转子1倍频与亚谐波分量，有效抑制频谱泄漏并提高低频段分辨率，能够灵敏反映轴承磨损导致的径向约束下降，准确捕捉轴系摆动与刚度退化信息，解决传统方法对间隙增大不敏感的问题，提升中期磨损识别精度，为磨损阶段判定提供稳定可靠的低频特征支撑。

52、7、量化早期、中期、晚期磨损期的判定规则，实现磨损阶段自动划分，能够清晰区分磨粒冲击主导、间隙失效主导及快速恶化三种状态，可准确捕捉磨损演化拐点，避免误判与漏判，使诊断结果更贴合实际劣化过程，大幅提高预警时效性与准确性，为运维人员提供清晰、可量化的状态依据，有效降低非计划停机风险。

53、8、根据不同磨损阶段生成分级预警指令，并推送至运维终端，实现诊断结果与运维策略直接匹配。

54、9、通过自适应滤波、温度漂移补偿、异常值剔除及健康基线建立，有效消除环境噪声、温度变化及瞬时干扰对振动信号的影响，获取高纯度目标振动数据。