基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法

摘要

本发明涉及一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，所属液压系统状态识别技术领域，针对叶片式海水泵，利用参数测量法的检测回路，在液压系统中，一个动力元件是否能正常运转，最重要的两个参数即为压力和流量；先经过大量实验和经验运算、转换，推出海水叶片泵的理论流量和理论压力，再利用参数测量法设计检测回路，测出叶片式海水泵在不同流量下的流量效率和实际压力值。具有结构简单、操作方便、磨损小和使用寿命长的特点。结合余弦相似度算法，解决了对海水叶片泵运行情况状态识别困难的问题。完善了参数测量法中针对海水叶片泵的理论值的算法。

说明书

技术领域

本发明涉及液压状态识别技术领域，具体涉及一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法。

背景技术

由于叶片泵以油作为工作介质的缺陷，例如闭式系统、污染环境、军事保密性差等等，目前以海水作为工作介质的液压系统使用越来越广泛，是未来的发展方向。另外，普通的双作用容积式泵滑动摩擦副多、磨损大。

发明内容

本发明主要解决现有技术中存在滑动摩擦副多、磨损大和使用寿命短的不足，提供了一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，其具有结构简单、操作方便、磨损小和使用寿命长的特点。结合余弦相似度算法，解决了对海水叶片泵运行情况状态识别困难的问题。完善了参数测量法中针对海水叶片泵的理论值的算法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，针对叶片式海水泵，利用参数测量法的检测回路，在液压系统中，一个动力元件是否能正常运转，最重要的两个参数即为压力和流量；先经过大量实验和经验运算、变换，推出海水叶片泵的理论流量和理论压力，再利用参数测量法设计检测回路，测出叶片式海水泵在不同流量下的流量效率和实际压力值。

具体包括如下操作步骤：

第一步：利用几何体积法求得海水叶片泵旋转一周的理论排量Q的公式：

第二步：得到叶片在两个极限位置，即定子内线大小圆弧段所能承受的各个支反力的值，利用矢量分析法，分别求出叶片在定子内线大小圆弧段所受的海水理论压力F1。

第三步：F1有两个值，取较小者以保证周期性旋转过程中叶片不被破坏，于是求得海水对叶片的理论压力F1所测出的极限值，取较小者，经过换算即可得到海水泵排水口处的压力值Pr，即为海水泵排水口的理论压力极限值。

第四步：海水叶片泵实际压力和流量通过系统回路管，采用T型接头与控制阀、出水管连通，由检测回路与出水管呈并联式连通，同时检测回路、出水管通过进水管与海水叶片泵连通。

第五步：通过对控制阀、加载阀及检测回路内的换向阀、调压阀、安全阀的开闭控制，由检测回路内的流量计和压力计，测出海水叶片泵的实际流量与海水压力Pr’，绘制出效率与流量以及压力与流量特性曲线；通过效率与流量以及压力与流量特性曲线，实现对实际值与理论值进行比较，对海水叶片泵的运行情况继续判断。

第六步：若实际值不在提出的判断标准规定的合理运行区间范围内，则海水泵运行状态不佳，进行整合修正，实现海水叶片泵在合理运行区间内工作。

作为优选，当叶片位于小圆弧段时，叶片正处于排水转向吸水区的阶段，此时叶片顶端还承受支反力N

作为优选，当处于大、小圆弧段时，叶片都分别承受大小相同、方向相反的支反力N

作为优选，根据经验公式：P＝1.3P

作为优选，海水叶片泵内含10个叶片形成10个密封容腔，配流盘设置2个吸水区和2个排水区；转子与叶片底端的接触方式由原先的面接触滑动摩擦升级为圆柱铰滚动摩擦；叶片靠顶端处两侧伸出的耳轴，一侧耳轴与滚动轴承过盈配合，滚动轴承安放固定在环形槽内，使叶片顶端紧贴定子内线。

作为优选，密封容积由两个相邻叶片、转子、定子内线所围部分构成，转子旋转，叶片顺时针旋转时，在小圆弧过渡到大圆弧段，密封容腔体积变大，形成部分真空度，吸水口吸入低压水；在两个腔之间，形成封油区；在大圆弧过渡到小圆弧段，密封容腔体积变小，排水口排出高压水。

作为优选，关闭系统回路中的控制阀，检测回路中调压阀、安全阀开启，换向阀关闭，使海水叶片泵的全部流量流进检测回路，按从低到高，慢慢调节调压阀的调压手柄，增加海水叶片泵的载荷，通过流量计与压力表，读出海水叶片泵的排水口的流量与压力实际值。

作为优选，流量与压力特性曲线和流量与效率特性曲线，首先看最佳工况点所对应的压力和流量，相比于理论压力和理论流量是否满足1MPa以内的波动范围和80％以上的效率；若满足，则以最佳工况点作为识别标准，再看不同流量对应实际压力与最佳工况点压力的偏差是否在1MPa范围内；若满足，再利用流量与效率特性曲线进行校准，以理论流量为标准，看实际压力对应的实际流量对应的效率是否高于80％，若两者都满足，该点运行状态良好。

作为优选，当合理运行区间出现偏差时，需要整合修正流量与压力特性曲线和流量与效率特性曲线中的合理运行区间，基于余弦相似度算法对两区间的相似程度进行判定和修正；余弦相似度公式为：

作为优选，两特性曲线的区间分别为[295，480]和[300，473]，在二维坐标系中，用向量形式表示为：a1＝(295，480)，a2＝(300，473)；其中x1＝295、x2＝300、y1＝480、y2＝473；利用余弦相似度公式计算两向量之间的夹角，获得两合理运行区间的相似度为0.9，极为相似。利用向量二维坐标图进行修正，取(295，480)，(300，473)的中点(297.5，476.5)，对两幅图的合理运行区间进行修正，即可得到最终流量合理运行区间为[297.5，476.5]。

本发明能够达到如下效果：

本发明提供了一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，与现有技术相比较，具有结构简单、操作方便、磨损小和使用寿命长的特点。结合余弦相似度算法，解决了对海水叶片泵运行情况状态识别困难的问题。完善了参数测量法中针对海水叶片泵的理论值的算法。利用相似算法，判断两特性曲线区间的相似度，并整合修正了实例中流量-效率特性曲线和流量-压力特性曲线对应的合理运行区间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的检测回路的结构示意图。

图3是本发明的海水叶片泵的结构剖视图。

图4是本发明的叶片小圆弧段的受力分析图。

图5是本发明的叶片大圆弧段的受力分析图。

图6是本发明的流量与压力特性曲线图。

图7是本发明的流量与效率特性曲线图。

图8是本发明的流程图。

图中：控制阀1，T型接头2，进水管3，检测回路4，出水管5，加载阀6，海水叶片泵7，系统回路管8，流量计9，压力计10，换向阀11，调压阀12，安全阀13，滚动轴承14，排水口15，配流盘16，吸水口17，转子18，定子19，圆柱铰20，叶片21，定子内线22，耳轴23，环形槽24。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1-8所示，一种基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，针对叶片式海水泵，利用参数测量法的检测回路，在液压系统中，一个动力元件是否能正常运转，最重要的两个参数即为压力和流量；先经过大量实验和经验运算、变换，推出海水叶片泵的理论流量和理论压力，再利用参数测量法设计检测回路，测出叶片式海水泵在不同流量下的流量效率和实际压力值。

具体包括如下操作步骤：

第一步：利用几何体积法求得海水叶片泵7旋转一周的理论排量Q的公式：

第二步：得到叶片21在两个极限位置，即定子内线22大小圆弧段所能承受的各个支反力的值，利用矢量分析法，分别求出叶片21在定子内线22大小圆弧段所受的海水理论压力F

当叶片21位于小圆弧段时，叶片21正处于排水转向吸水区的阶段，此时叶片21顶端还承受支反力N

当处于大、小圆弧段时，叶片21都分别承受大小相同、方向相反的支反力N

第三步：F

根据经验公式：P＝1.3P

第四步：海水叶片泵7实际压力和流量通过系统回路管8，采用T型接头2与控制阀1、出水管5连通，由检测回路4与出水管5呈并联式连通，同时检测回路4、出水管5通过进水管3与海水叶片泵7连通。

海水叶片泵7内含10个叶片21形成10个密封容腔，配流盘16设置2个吸水区和2个排水区；转子18与叶片21底端的接触方式由原先的面接触滑动摩擦升级为圆柱铰20滚动摩擦；叶片21靠顶端处两侧伸出的耳轴23，一侧耳轴21与滚动轴承14过盈配合，滚动轴承14安放固定在环形槽24内，使叶片21顶端紧贴定子内线22。密封容积由两个相邻叶片21、转子18、定子内线22所围部分构成，转子18旋转，叶片21顺时针旋转时，在小圆弧过渡到大圆弧段，密封容腔体积变大，形成部分真空度，吸水口17吸入低压水；在两个腔之间，形成封油区；在大圆弧过渡到小圆弧段，密封容腔体积变小，排水口15排出高压水。

第五步：通过对控制阀1、加载阀6及检测回路4内的换向阀11、调压阀12、安全阀13的开闭控制，由检测回路4内的流量计9和压力计10，测出海水叶片泵7的实际流量与海水压力Pr’，绘制出效率与流量以及压力与流量特性曲线；通过效率与流量以及压力与流量特性曲线，实现对实际值与理论值进行比较，对海水叶片泵7的运行情况继续判断。

关闭系统回路中的控制阀1，检测回路中调压阀12、安全阀13开启，换向阀11关闭，使海水叶片泵7的全部流量流进检测回路，按从低到高，慢慢调节调压阀12的调压手柄，增加海水叶片泵7的载荷，通过流量计9与压力表10，读出海水叶片泵7的排水口的流量与压力实际值。

流量与压力特性曲线和流量与效率特性曲线，首先看最佳工况点所对应的压力和流量，相比于理论压力和理论流量是否满足1MPa以内的波动范围和80％以上的效率；若满足，则以最佳工况点作为识别标准，再看不同流量对应实际压力与最佳工况点压力的偏差是否在1MPa范围内；若满足，再利用流量与效率特性曲线进行校准，以理论流量为标准，看实际压力对应的实际流量对应的效率是否高于80％，若两者都满足，该点运行状态良好。

第六步：若实际值不在提出的判断标准规定的合理运行区间范围内，则海水泵运行状态不佳，进行整合修正，实现海水叶片泵7在合理运行区间内工作。

当合理运行区间出现偏差时，需要整合修正流量与压力特性曲线和流量与效率特性曲线中的合理运行区间，基于余弦相似度算法对两区间的相似程度进行判定和修正；余弦相似度公式为：

这里取海水叶片泵7的转速为1000r/min，通过矢量作图法，利用图上线段长度与实际大小之比，两个极限位置小圆弧段F

海水叶片泵7的结构参数包括：定子19的厚度B＝40dm；定子内线22的大半圆弧半径R＝50dm；定子内线22的小半圆弧半径r＝45dm；转子18半径R

设计检测回路，测试不同流量状态下实际压力与流量。流量增大，则负载增加，压力增加。结合具体泵，通过实验测得数据，画出排水口流量-压力和流量-效率的特性曲线。容积式转子泵适用于转速低的场合，转速小于1500r/min，输送液体有脉冲，平均流量恒定，吸入能力好。

在转速为1000r/min的情况下，最佳工况点流量为320m

取流量为306m

两特性曲线的合理运行区间分别为[295，480]和[300，473]，在二维坐标系中，用向量形式表示为：a1＝(295，480)，a2＝(300，473)；其中x1＝295、x2＝300、y1＝480、y2＝473；利用余弦相似度公式计算两向量之间的夹角，获得两合理运行区间的相似度为0.9，极为相似。利用向量二维坐标图进行修正，取(295，480)，(300，473)的中点(297.5，476.5)，对两幅图的合理运行区间进行修正，即可得到最终流量合理运行区间为[297.5，476.5]。

综上所述，该基于参数测量法的海水叶片泵状态识别方法，具有结构简单、操作方便、磨损小和使用寿命长的特点。结合余弦相似度算法，解决了对海水叶片泵运行情况状态识别困难的问题。完善了参数测量法中针对海水叶片泵的理论值的算法。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。