一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法及系统与流程

1.本发明属于离心风机性能退化分析领域，特别涉及一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法及系统。


背景技术：

2.离心式风机作为工业领域广泛应用的生产设备，应用于各大领域中，如矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘、锅炉和工业炉窑的通风和引风。水泥企业常用通风设备，最常见的如：篦冷机冷却风机、高温风机、窑头窑尾排风机等都属于离心式风机。目前在工业互联网的浪潮下，离心式风机状态监测已经较为普遍，如电厂的大型通风机，水泥厂的关键风机等都实现了常见的温度监测，部分甚至额外加装了振动传感器监测运行状态。这些手段的重点在于监测风机的电气和机械故障，如联轴器不对中、轴承损伤、磨损等，而针对风机运行性能的监测和分析目前并不常见，吴登昊等人在其专利《一种基于不确定度分析的泵与风机性能预测方法》中(专利号cn201910930803)提出获取流量
‑
压差和流量
‑
功率性能曲线，采用分段式的预测结合不确定度分析选择最佳预测模型，实现流量的精准预测，并未涉及风机性能退化评估。离心风机性能退化是风机在长期运行过程中必然产生的问题，主要原因是机械零部件运行期间产生的磨损和发热等因素影响导致性能出现劣化，性能退化对于风机的正常使用具有极大危害，若风机性能退化到一定程度无法达到最优，会导致一系列问题，直至影响生产的正常运转。由于离心风机性能参数众多，因此如何评估风机性能退化是一大难点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法及系统，以解决上述问题。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法，包括以下步骤：
6.步骤1，基于离心风机的主要性能参数，选取其中一对关联参数组成的风机特性曲线，获取离心风机初期投入使用期间连续t天的运行数据作为性能基准数据；
7.步骤2，获取离心风机按步骤一选取的一对关联参数近期同等连续t天的运行数据作为性能评估数据；
8.步骤3，计算性能基准数据集以及性能评估数据集的二维离散分布矩阵；
9.步骤4，计算性能评估数据集的二维离散分布矩阵与性能基准数据集的二维离散分布矩阵的重叠值，并对各矩阵区间的重叠值加权得到性能评估得分；
10.步骤5，根据性能评估得分判断离心风机性能是否出现退化。
11.进一步的，步骤1和步骤2中，主要性能参数包括以下参数类型：转速
‑
r、风量
‑
l、风压
‑
h、功率
‑
n及效率η；默认基准数据对应的性能得分为满分，记性能基准数据 dataset1＝[x,y]，其中x和y为选取的一对关联参数，dataset1为性能基准数据集合；记性能评估数据
dataset2＝[x,y]，其中x和y为选取的一对关联参数，dataset2为性能评估数据集合。
[0012]
进一步的，步骤1中，关联参数的组合包括以下几组：风量l
‑
转速r、风量l
‑
风压 h、风量l
‑
功率n、风量l
‑
效率η、转速r
‑
风压h；获取的性能基准数据要求连续时间满足以下条件：7≤t≤31。
[0013]
进一步的，二维离散分布矩阵stats具体计算步骤如下：
[0014]
1)首先将数据集中的x,y两个参数分别进行等间隔划分进行离散得到二维矩阵 matrix，matrix矩阵为方阵，为k行k列，k为划分间隔数量；离散间隔按对应参数上下限范围除以k值确定，其中上下限由离心风机性能参数实际可测范围确定；划分间隔数量k的取值范围为:50≤k≤100；
[0015]
2)计算二维数据集x,y处于二维矩阵各个方格区间的数据点数，得到二维数量矩阵matrix_num，matrix_num矩阵为方阵，为k行k列。
[0016]
3)选取x或y作为分布占比计算的参数，计算矩阵各个区间的分布占比stats，k为划分间隔数量。
[0017]
进一步的，若选取了x参数作为分布计算主要参数，则分布占比计算如下：
[0018][0019]
若选取了y参数作为分布计算主要参数，则分布占比计算如下：
[0020][0021]
进一步的，性能评估得分具体计算步骤如下：
[0022]
计算性能评估数据集的二维离散分布矩阵stats2与性能基准数据集的二维离散分布矩阵stats1各区间的重叠值，重叠值为对应区间两个分布的最小值：
[0023]
overlap
ij
＝min(stats1
ij
，stats2
ij
)i＝0，1，...，k
‑
1；j＝0，1，...，k
‑1[0024]
计算所有重叠值的加权结果作为性能评估得分pi：
[0025]
若步骤三中选取了x参数作为分布计算的主要参数，则性能评估得分pi计算如下：
[0026][0027]
若步骤三种选取了y参数作为分布计算的主要参数，则性能评估得分pi计算如下：
[0028][0029]
其中matrix_num1为性能基准数据集划分为二维矩阵后各个区间的数据量矩阵，性能得分pi的取值范围为【0
‑
1】，性能得分越接近1，说明离心风机性能越好，接近初始投运阶段；性能得分越接近0，说明离心风机性能越差，相较初始投运阶段出现较大偏差。
[0030]
进一步的，步骤五：判断离心风机性能是否出现退化具体方法如下：以一定的时间间隔，定期获取性能评估数据集，按步骤2、3、4中所述步骤计算得到风机性能得分pi，以此获取风机性能得分随时间日期的趋势数据集pi_trend_arr，通过以下两个条件综合评判风机性能是否存在退化；
[0031]
条件1：最近一次的风机性能得分小于上一次风机性能得分；
[0032]
条件2：风机性能得分趋势数据随时间出现下降的趋势；
[0033]
若满足条件1或条件2，则判断风机性能出现了退化，反之，条件1和条件2都不满足，则判断风机性能未出现退化。
[0034]
进一步的，条件2中判断趋势下降方法如下：计算风机性能得分趋势数据pi_trend_arr与对应时间戳序列的皮尔逊
‑
pearson相关系数c，若c小于
‑
0.65，则风机性能得分随时间存在下降趋势，反之，则不存在下降趋势。
[0035]
进一步的，基于运行参数的离心风机性能退化评估系统，包括
[0036]
性能基准数据获取模块，用于基于离心风机的主要性能参数，选取其中一对关联参数组成的风机特性曲线，获取离心风机初期投入使用期间连续t天的运行数据作为性能基准数据；
[0037]
性能评估数据获取模块，用于获取离心风机按步骤一选取的一对关联参数近期同等连续t天的运行数据作为性能评估数据；
[0038]
二维离散分布矩阵计算模块，用于计算性能基准数据集以及性能评估数据集的二维离散分布矩阵；
[0039]
评估得分模块，用于计算性能评估数据集的二维离散分布矩阵与性能基准数据集的二维离散分布矩阵的重叠值，并对各矩阵区间的重叠值加权得到性能评估得分；
[0040]
判断模块，用于根据性能评估得分判断离心风机性能是否出现退化。
[0041]
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
[0042]
本发明从离心风机主要性能参数出发，选取一对关联参数形成的风机特性曲线，获取该曲线在离心风机投运初期运行形成的数据集和在近期运行的数据集形成性能基准数据集和性能评估数据集，对两部分数据集离散划分后计算分布矩阵，通过计算分布矩阵的重叠并加权求和得到性能得分，最终根据风机随运行时间性能得分是否降低或者随时间出现下降趋势判断风机性能是否出现退化。
[0043]
本发明实现了基于运行参数的离心风机性能退化评估。本发明从离心风机主要性能参数出发，选取一对关联参数形成的风机特性曲线，获取该曲线在投运初期运行形成的性能基准数据集和在近期运行形成的性能评估数据集，对两部分数据集离散划分后计算分布矩阵，通过计算分布矩阵的重叠并加权计算性能得分，最终根据离心风机性能得分随运行时间是否降低或者出现下降趋势判断风机性能是否出现退化。本发明基于风机运行参数主要是性能参数，采用二维离散分布重叠分析计算性能评分，原理清晰明了且性能评分结果具备可解释性。弥补了目前离心风机性能退化分析方法缺失的问题，且解决了风机性能退化分析的技术难点。本发明利用离心风机运行机理达到定量评估离心风机性能退化程度的目标，可为保障离心风机高效运行提供运维依据，降低了离心风机性能退化导致的持续生产损失，并可为避免风机性能出现严重性能退化提供指导建议。
附图说明
[0044]
图1是一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法整体流程图
[0045]
图2是某水泥厂高温风机性能下降数据对比图
[0046]
图3是离心风机性能得分典型趋势图
[0047]
图4是划分过程示意图。
具体实施方式
[0048]
本发明为弥补离心风机性能退化分析评估方法和技术上的缺乏，并解决离心风机性能退化分析存在的难点问题，为保障风机高效运行提供运维决策，提出一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法。
[0049]
该方法从离心风机主要性能参数出发，选取一对关联参数形成的风机特性曲线，获取该曲线在离心风机投运初期运行形成的数据集和在近期运行的数据集形成性能基准数据集和性能评估数据集，对两部分数据集离散划分后计算分布矩阵，通过计算分布矩阵的重叠并加权求和得到性能得分，最终根据风机随运行时间性能得分是否降低或者随时间出现下降趋势判断风机性能是否出现退化。
[0050]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法，包括以下步骤：
[0051]
步骤一：基于离心风机的主要性能参数，包括以下参数类型：转速
‑
r、风量
‑
l、风压
ꢀ‑
h、功率
‑
n及效率η，选取其中一对关联参数组成的风机特性曲线(也称为风机性能曲线)，获取离心风机初期投入使用期间连续t天的运行数据作为性能基准数据(默认基准数据对应的性能得分为满分)dataset1＝[x,y]，其中x和y为选取的一对关联参数，dataset1 为性能基准数据集合。
[0052]
上述一对关联参数的组合包括以下几组：风量l
‑
转速r、风量l
‑
风压h、风量l
‑
功率n、风量l
‑
效率η、转速r
‑
风压h。获取的性能基准数据要求连续时间满足以下条件： 7≤t≤31.
[0053]
步骤二：获取离心风机按步骤一选取的一对关联参数近期同等连续t天的运行数据作为性能评估数据dataset2＝[x,y]，其中x和y为选取的一对关联参数，dataset2为性能评估数据集合。
[0054]
步骤三：计算性能基准数据集dataset1以及性能评估数据集dataset2的二维离散分布矩阵stats1、stats2。
[0055]
二维离散分布矩阵stats具体计算步骤如下：
[0056]
首先将数据集中的x,y两个参数分别进行等间隔划分进行离散得到二维矩阵 matrix，matrix矩阵为方阵，为k行k列。k为划分间隔数量。
[0057]
离散间隔按对应参数上下限范围除以k值确定，其中上下限由离心风机性能参数实际可测范围确定；划分间隔数量k的取值范围为:50≤k≤100.
[0058]
2)计算二维数据集x,y处于二维矩阵各个方格区间的数据点数，得到二维数量矩阵matrix_num，matrix_num矩阵为方阵，为k行k列。
[0059]
3)选取x或y作为分布占比计算的主要参数，计算矩阵各个区间的分布占比stats。k为划分间隔数量。
[0060]
若选取了x参数作为分布计算主要参数，则分布占比计算如下：
[0061][0062]
若选取了y参数作为分布计算主要参数，则分布占比计算如下：
[0063]
[0064]
步骤四：计算性能评估数据集的二维离散分布矩阵stats2与性能基准数据集的二维离散分布矩阵stats1的重叠值，并对各矩阵区间的重叠值加权得到性能评估得分。
[0065]
性能评估得分具体计算步骤如下：
[0066]
计算各区间的重叠值，重叠值为对应区间两个分布的最小值：
[0067]
overlap
ij
＝min(stats1
ij
，stats2
ij
)i＝0，1，...，k
‑
1；j＝0，1，...，k
‑1[0068]
计算所有重叠值的加权结果作为性能评估得分pi：
[0069]
若步骤三中选取了x参数作为分布计算的主要参数，则性能评估得分pi计算如下：
[0070][0071]
若步骤三种选取了y参数作为分布计算的主要参数，则性能评估得分pi计算如下：
[0072][0073]
其中matrix_num1为性能基准数据集划分为二维矩阵后各个区间的数据量矩阵，性能得分pi的取值范围为【0
‑
1】，性能得分越接近1，说明离心风机性能越好，接近初始投运阶段(性能为满分)；性能得分越接近0，说明离心风机性能越差，相较初始投运阶段出现较大偏差。
[0074]
步骤五：判断离心风机性能是否出现退化。
[0075]
具体方法如下：以一定的时间间隔，定期获取性能评估数据集，按步骤二、三、四中所述步骤计算得到风机性能得分pi，以此获取风机性能得分随时间日期的趋势数据集pi_trend_arr，可通过以下两个条件综合评判风机性能是否存在退化。
[0076]
条件1：最近一次的风机性能得分小于上一次风机性能得分。
[0077]
条件2：风机性能得分趋势数据随时间出现下降的趋势。
[0078]
条件2中判断趋势下降方法如下：计算风机性能得分趋势数据pi_trend_arr与对应时间戳序列的皮尔逊
‑
pearson相关系数c，若c小于
‑
0.65，则风机性能得分随时问存在下降趋势，反之，则不存在下降趋势。
[0079]
若满足条件1)或条件2)，则可判断风机性能出现了退化。反之，条件1)和条件 2)都不满足，则可判断风机性能未出现退化。
[0080]
参阅附图1。图1为一种基于运行参数的离心风机性能退化评估方法整体流程图。本发明从离心风机主要性能参数出发，首先通过选取一对性能参数形成离心风机特性曲线，获取该曲线在投运初期阶段运行形成的性能基准数据集和在近期运行形成的性能评估数据集，对两部分数据集等间隔离散划分后获取实际数据集在各个区间的数据点数，并依据点数计算分布矩阵，进而通过计算分布矩阵的重叠值并加权求和得到性能得分，最终根据离心风机性能得分随运行时间是否降低或者出现下降趋势判断离心风机性能是否出现退化。
[0081]
参阅附图2。图2为某水泥厂高温风机性能下降数据对比图，从图中可观察到高温风机转速与风压两大性能参数性能基准数据集和性能评估数据集出现了明显的数据偏移，即性能评估数据集中同等的转速条件下，风压明显相较于性能基准数据集更低，从运行机理分析该高温风机已经出现了较为明显的性能退化，因此通过本发明评估性能参数的二维
分布重叠可以获取准确的性能退化结论。
[0082]
参阅附图3。图3为离心风机性能得分典型趋势图。离心风机的性能得分随运行时间增加，相较于投运初期的性能基准状态，离心风机实际性能是处于不断退化和下降的趋势。因此基于离心风机实际性能退化情况，可以准确的安排运维计划，如风机叶轮清灰，磨损件更换等措施，以保障风机性能处于较高水准，避免出现较大生产损失。
[0083]
图4中，图中i为x参数划分后的编号，j为y参数划分后的编号，i＝0,1,
…
k
‑
1； j＝0,1,
…
k
‑
1。