离心水泵进口流场的调节方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种离心水泵进口流场的调节方法、装置和系统。该方法包括：对采集的工作参数信号进行数据处理，获取工作参数信号的最大输出幅值和幅值最大时的频率；以频率或者幅值作为变量的隶属度函数，分别获取所述频率和幅值对各自论域上模糊子集的隶属度；利用频率隶属度和幅值隶属度查询预先设定的模糊控制表，获得控制角度对角度论域上模糊子集的隶属度；对控制角度的隶属度进行去模糊化处理，以得到相应的控制角度；将进水口调节阀角度调整为所述控制角度。本发明通过实时采集工作参数信号，根据工作参数信号的变化自动调节阀门角度，从而改善了水泵进口流场分布，避免了水泵气蚀现象的发生，以完全发挥出水泵的性能。
【专利说明】离心水泵进口流场的调节方法、装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种离心水泵进口流场的调节方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]消防车一般采用离心式水泵作为其动力源，由于整车安装空间的约束，无法在水泵进水口前安装长直管来改善水泵进水口的流场分布，在水泵工作过程中，由于水泵进口处流场压力分布不均匀使得水泵易发生气蚀现象，大大降低了水泵工作效率，影响消防车整体性能。
[0003]所述气蚀也称为空化，它是水力机械特有的一种现象，当流道中局部地方液流压力降低到接近液体在该温度下的汽化压力值时，液流中就开始产生空泡，这些充满着气体的空泡很快膨胀、扩大并随液流行至压力较高的地方又迅速凝缩，溃灭。液流中空泡的发生、扩大、泯灭过程涉及许多物理现象，会有噪声，振动甚至对流道材料产生侵蚀作用，以上现象统称为气蚀现象。
[0004]目前，采用离心式水泵的消防车，其进水口管路受安装空间限制一般采用三通管与水泵进口法兰连接，靠近水泵进口的管路中安装固定的导流板或螺旋导叶来对水流进行导流，起到改善进水流场的作用，防止进口流场流速分布不均导致气蚀现象的产生。
[0005]现有技术通常采用固定式的导流装置，在一定流量范围内可以起到导流作用，但随着水泵工作流量的变化，其导流角度无法调整。在流量在超过一定范围时，导流作用失效，出现气蚀现象，造成水泵无法正常工作，具体表现为出口压力出现低频高幅波动，同时水带受到激励后产生剧烈晃动并与地面摩擦而产生破坏。
【发明内容】
[0006]鉴于以上技术问题，本发明提供了一种离心水泵进口流场的调节方法、装置和系统，通过实时采集水泵出水口处的工作参数信号，在水泵工作流量及出口压力变化时，能够自动调节阀门角度，改善了水泵进口流场分布，避免了水泵气蚀现象的发生，以完全发挥出水泵的性能。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种离心水泵进口流场的调节方法，包括:
[0008]实时采集水泵出水口处的工作参数信号，其中所述工作参数信号的大小与进水口调节阀的角度相关，在水泵刚启动时进水口调节阀角度为零位；
[0009]对采集的工作参数信号进行数据处理，以得到工作参数信号的最大输出幅值a和幅值最大时的频率f ;
[0010]以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度；
[0011]利用频率隶属度和幅值隶属度查询预先设定的模糊控制表，获得控制角度y对角度论域上模糊子集的隶属度；[0012]对控制角度y的隶属度进行去模糊化处理，以得到相对应的控制角度y ;
[0013]将进水口调节阀角度调整为所述控制角度y。
[0014]优选的，所述工作参数信号包括:出水压力信号、出水流量信号、水管振动信号中的至少一项。
[0015]优选的，所述以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度的步骤包括:
[0016]将变量X的论域平均划分为N个量化等级ki;并确定与所述N个量化等级Iii相对应的N个模糊子集Pi,其中N为大于I的自然数，i为自然数，I ( i ( N，其中变量X为频率f或幅值a ；
[0017]利用变量X对N个模糊子集Pi的隶属度函数Pi (X)，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度。
[0018]优选的，所述隶属度函数为:
[0019]
【权利要求】
1.一种离心水泵进口流场的调节方法，其特征在于，包括: 实时采集水泵出水口处的工作参数信号，其中所述工作参数信号的大小与进水口调节阀的角度相关，在水泵刚启动时进水口调节阀角度为零位； 对采集的工作参数信号进行数据处理，以得到工作参数信号的最大输出幅值a和幅值最大时的频率f ; 以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度； 利用频率隶属度和幅值隶属度查询预先设定的模糊控制表，获得控制角度y对角度论域上模糊子集的隶属度； 对控制角度I的隶属度进行去模糊化处理，以得到相对应的控制角度I ; 将进水口调节阀角度调整为所述控制角度y。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述工作参数信号包括:出水压力信号、出水流量信号、水管振动信号中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度的步骤包括: 将变量X的论域平均划分为N个量化等级ki;并确定与所述N个量化等级Iii相对应的N个模糊子集Pi,其中N为大于I的自然数，i为自然数，1≤i≤N，其中变量X为频率f或幅值a ； 利用变量X对N个模糊子集Pi的隶属度函数Pi (X)，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度。
4.根据权利要求3所述的调节方法，其特征在于，所述隶属度函数为:
5.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度的步骤之后，所述方法还包括: 将控制角度I的论域平均划分为N个量化等级yi;并确定与量化等级Ji相对应的N个模糊子集，其中N为大于I的自然数，i为自然数，1 ≤i ≤ N0
6.根据权利要求5所述的调节方法，其特征在于，所述对控制角度y的隶属度进行去模糊化处理，以得到相对应的控制角度I的步骤包括: 利用公式
7.—种离心水泵进口流场的调节装置，其特征在于，包括信号采集单元、信号处理单元、模糊化单元、角度获取单元、去模糊化单元和角度调整单元，其中: 信号采集单元，用于实时采集水泵出水口处的工作参数信号，其中所述工作参数信号的大小与进水口调节阀的角度相关，在水泵刚启动时进水口调节阀角度为零位； 数据处理单元，用于对采集的工作参数信号进行数据处理，以得到工作参数信号的最大输出幅值a和幅值最大时的频率f ； 模糊化单元，用于以频率f或者幅值a作为变量X的隶属度函数，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度； 角度获取单元，用于利用频率隶属度和幅值隶属度查询预先设定的模糊控制表，获得控制角度y对角度论域上模糊子集的隶属度； 去模糊化单元，用于对控制角度y的隶属度进行去模糊化处理，以得到相对应的控制角度y ; 角度调整单元，用于将进水口调节阀角度调整为所述控制角度y。
8.根据权利要求7所述的调节装置，其特征在于，所述工作参数信号包括:出水压力信号、出水流量信号、水管振动信号中的至少一项。
9.根据权利要求7所述的调节装置，其特征在于，所述模糊化单元包括等级划分模块和隶属度获取模块，其中: 等级划分模块，用于将变量X的论域平均划分为N个量化等级ki;并确定与所述N个量化等级匕相对应的N个模糊子集Pi,其中N为大于I的自然数，i为自然数，1< i SN，其中变量X为频率f或幅值a ； 利隶属度获取模块，用于利用变量X对N个模糊子集Pi的隶属度函数Pi (X)，分别获取所述频率f和幅值a对各自论域上模糊子集的隶属度。
10.根据权利要求9所述的调节装置，所述隶属度函数为:
11.根据权利要求7所述的调节装置，其特征在于，还包括角度等级确定单元，其中: 角度等级确定单元，用于将控制角度I的论域平均划分为N个量化等级yi，并确定与量化等级Ji相对应的N个模糊子集，其中N为大于I的自然数，i为自然数，1^ i ^ N0
12.根据权利要求11所述的调节装置，其特征在于，所述去模糊化单元利用公式
13.一种离心水泵进口流场的调节系统，其特征在于，包括进水口调节阀、进水管、离心水泵、出水管、以及如权利要求6-12中任意一项所述的离心水泵进口流场的调节装置。
【文档编号】F04D15/00GK103821734SQ201410067014
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】吕昌, 刘汉光, 郑淑萍 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司