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摘 要:水泵机组的安全检测是泵站安全检测的重要内容之一,文章在阐述水泵机组安全检测所包含的检测指标及对层次分析法简要介绍的基础上,运用层次分析法对水泵机组安全检测指标进行评价。在建立的层次分析法数学模型的求解中,用EXCEL进行辅助求解,从而得出各检测指标在水泵机组安全评价中的权重,为水泵机组的维修更新提供了基础数据和科学依据。
关键词:水泵机组检测指标;层次分析法;EXCEL
中图分类号:TD442.2文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)02-0026-03
1 水泵机组安全检测的内容
根据《泵站安全鉴定规程》(SL316—2004)以及相关的规范,水泵机组安全检测主要包括以下5个方面:
(1)电动机:电动机的现场安全检测包括以下方面的内容:①绕组的绝缘电阻和吸收比;②绕组直流电阻和直流泄漏电流;③定子绕组交流耐压;④同步电动机转子绕组的耐压;⑤整相绕组的局部放电量;⑥绕组绝缘老化状态:a.额定电压下介质损耗角正切值和正切值的增量△tanδ;b.绝缘电容增加率△C的变化;⑦绝缘材料表面龟裂、分层、老化,绑扎松动,端部连接等外观性状;⑧滑环、电刷磨损和推力头、推力瓦、导向瓦、镜板、轴承等支承部件的磨损和相互配合状况;⑨冷却器、机架等主要零部件的腐蚀、锈蚀、裂纹、变形、损坏及渗漏情况;⑩振动、噪声和温升。
(2)叶轮:①叶轮叶片与叶轮室的间隙测量;②叶轮和叶轮室汽蚀、磨损检查、处理;③叶轮静平衡试验;④叶轮叶片密封装置的检查、更换、试验;⑤叶轮体耐压、密封试验;⑥叶轮叶片接力器的修理或更换。
(3)泵轴:①泵轴变形和轴颈、轴承磨损程度;②轴承间隙的测量、调整;③同轴度的测量与调整。
(4)泵壳和悬架:主要检测泵壳和悬架的锈蚀、裂纹、变形、损坏等情况。
(5)传动装置和制动装置等其他设备。传动设备运行中有否异常声音,主要部件的锈蚀、缺损程度等。制动装置中主要有制动闸分解检查、耐压试验;制动闸闸块的检查与更换;制动闸闸块与制动环间隙测量和调整。其他设备的检查、修理、试验、调整等。
2 层次分析法简介
层次分析法(Analytic Hierachy Process,AHP)是美国运筹学家A.L.Saaty在1973年提出的一种定量与定性相结合的系统分析方法。该法适用于结构较为复杂、决策准则较多且不易量化的决策问题。由于其思路简单明了,尤其是紧密地与决策者的主观判断和推理联系起来,对决策者的推理过程进行量化的描述,可以避免决策者在结构复杂和方案较多时逻辑上的失误。
2.1 层次分析法的基本内容
首先,根据问题的性质和要求,提出一个总的目标。然后,将问题按层次分解,对同一层次内的诸要素通过两两比较方法确定出相对于上一层目标的各自的权系数。这样层层分析下去,直到最后一层,即可给出所有因素相对于总目标而言的按重要性程度的一个排序[1]。
2.2 层次分析法的求解步骤
2.2.1 确定目标,建立层次结构模型
层次结构模型一般分为3层:①目标层(V):指决策问题所追求的目标;②准则层(C):评价准则或衡量准则;③指标层(P):指决策问题的具体方法层。
2.2.2 采用比率标度法,对层次结构构建判断矩阵。
(1)标度。为了使各因素之间进行两两比较得到量化的判断矩阵,引入1～9的标度。根据心理学家的研究提出:人们区分信息等级的极限能力为7±2,制定表1[2]:
(2)判断矩阵。判断矩阵是以上一层的某一要素作为判断标准,用比率标度法,对下一层要素通过两两比较确定出相对于上一层目标的各自的权系数。
2.2.3 求取判断矩阵的最大特征值?姿max和特征向量
Saaty给出了求?姿max近似值的方法,这种近似算法的精度相当高,误差在10-3数量级。Saaty给出的求?姿max的近似算法如下:
(1)判断矩阵中每行元素连乘并开n次方(其中n为判断矩阵的阶数):
2.2.4 判断矩阵的一致性检验
在对各要素进行相对重要性判断时,不可能完全精密地判断出其比值,因此必须进行相容性和误差分析。设一致性指标为CI(consistence index),则有:CI=(?姿max-n)/(n-1)
CI与表2所给出的同阶矩阵的随机性指标RI[3]之比称为一致性比率CR,即:CR=CI/CR
在层次分析法中,当CR>0.10时不能通过一致性检验,应该重新估计矩阵A,直到CR<0.10通过一致性检验时,求得的权重?棕才是有效的。
2.2.5 组合权重及其一致性检验
求出所有因素相对于总目标而言的重要性程度,对各影响因素进行层次总排序,并进行组合一致性检验,以判断组合权重是否可以作为目标决策的依据。
3 数学模型的建立与求解
(1)水泵机组安全检测层次结构模型见图1。
(2)采用比率标度法,首先确定准则层(C)对目标层(V)的判断矩阵A0,其次,分别确定指标层(P)对准则层(C1,C2,C3)的3个判断矩阵A1,A2,A3
(3)用Saaty给出的求判断矩阵最大特征值(?姿max)的近似算法计算各判断矩阵的最大特征值及对应的规范化的特征向量。用EXCEL进行求解,求解的界面见表3。
根据上面的求解,可得判断矩阵A0、A1、A2、A3对应的?姿max、 CI、CR、的值见表4。
(3)判断矩阵的一致性检验。由表4可知,判断矩阵Ai(i=0,1,2,3)分别对应的CRi<0.10(i=0,1,2,3)均成立,因此,判断矩阵Ai(i=0,1,2,3)的一致性是可以接受的,即Ai(i=0,1,2,3)的构建是合理的。
(4)组合权重及其一致性检验。①组合权重:由准则层(C)对目标层(V)的权重?棕0和指标层(P)对准则层(C)的权重,可得指标层(P)对目标层(V)的组合权重为:
故通过了组合一致性检验,组合权重可以作为目标决策的依据。
由此可知,影响水泵机组安全检测的五项检测指标,即电动机、叶轮、泵轴、泵壳和悬架及传动装置和制动装置等其他设备中,较为重要的是电动机、叶轮和泵轴的安全检测,这三项在水泵机组安全检测中占了较高的比重。所以,泵站管理人员及安全检修人员为了能使水泵机组安全有效地运行,必须及时关注水泵机组运行状况,制定合理有序的检测计划,在对电动机、叶轮和泵轴这3项的检测中,要投入与其在水泵机组安全检测评价中所占得比重相适应的经济、技术支持。最后,根据检测的结果,以及泵站目前的现状和未来的发展规划,寻找维修更新的方案,以水泵机组切实适应实际的需求。
4 结束语
将层次分析法用于水泵机组安全检测评价中,得到了各应检测项在水泵机组安全评价中的权重,为科学、准确地研究水泵机组的安全检测及维护更新提供了基础数据和科学依据。另外,该数学模型的计算采用EXCEL进行求解,具有简洁、快速的特点,为模型的使用者提供了便利。与此同时,该模型也有一些不足之处,主要体现在构建判断矩阵中,在定量分析的同时也有一些定性的判断,这就使得判断矩阵会有所不同,因此必须进行判断矩阵的一致性检验。随着经济、技术等的不断发展,各项检测指标在整个水泵机组安全检测评价中所占得比重也会产生变化,这就需要对判断矩阵进行修改,以取得相应经济、技术现况条件下的判断,从而为水泵机组的安全检测提供科学的依据和实际的意义。
The Application of Analytical Hierarchy Process in the Testing of Water Pump Secutity
Cheng Hongxia
Abstract: The detection of pump unit security is an important part of safety testing in pumping station.On the basis of describing the test indicators of pump unit safety and introducing the Analytic Hierarchy Process,the paper uses the Analytic Hierarchy Process to evaluate the test indicators of pump unit safety.In the mathematical model of the Analytic Hierarchy Process,using EXCEL to support solving,acquiring the weight of the test indicators in the water pump security,and thus providing the basic data and scientific support for the maintenance of the pump unit.
Key words: the test indicators of pump unit security;Analytic Hierarchy Process;EXCEL
关键词:水泵机组检测指标;层次分析法;EXCEL
中图分类号:TD442.2文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)02-0026-03
1 水泵机组安全检测的内容
根据《泵站安全鉴定规程》(SL316—2004)以及相关的规范,水泵机组安全检测主要包括以下5个方面:
(1)电动机:电动机的现场安全检测包括以下方面的内容:①绕组的绝缘电阻和吸收比;②绕组直流电阻和直流泄漏电流;③定子绕组交流耐压;④同步电动机转子绕组的耐压;⑤整相绕组的局部放电量;⑥绕组绝缘老化状态:a.额定电压下介质损耗角正切值和正切值的增量△tanδ;b.绝缘电容增加率△C的变化;⑦绝缘材料表面龟裂、分层、老化,绑扎松动,端部连接等外观性状;⑧滑环、电刷磨损和推力头、推力瓦、导向瓦、镜板、轴承等支承部件的磨损和相互配合状况;⑨冷却器、机架等主要零部件的腐蚀、锈蚀、裂纹、变形、损坏及渗漏情况;⑩振动、噪声和温升。
(2)叶轮:①叶轮叶片与叶轮室的间隙测量;②叶轮和叶轮室汽蚀、磨损检查、处理;③叶轮静平衡试验;④叶轮叶片密封装置的检查、更换、试验;⑤叶轮体耐压、密封试验;⑥叶轮叶片接力器的修理或更换。
(3)泵轴:①泵轴变形和轴颈、轴承磨损程度;②轴承间隙的测量、调整;③同轴度的测量与调整。
(4)泵壳和悬架:主要检测泵壳和悬架的锈蚀、裂纹、变形、损坏等情况。
(5)传动装置和制动装置等其他设备。传动设备运行中有否异常声音,主要部件的锈蚀、缺损程度等。制动装置中主要有制动闸分解检查、耐压试验;制动闸闸块的检查与更换;制动闸闸块与制动环间隙测量和调整。其他设备的检查、修理、试验、调整等。
2 层次分析法简介
层次分析法(Analytic Hierachy Process,AHP)是美国运筹学家A.L.Saaty在1973年提出的一种定量与定性相结合的系统分析方法。该法适用于结构较为复杂、决策准则较多且不易量化的决策问题。由于其思路简单明了,尤其是紧密地与决策者的主观判断和推理联系起来,对决策者的推理过程进行量化的描述,可以避免决策者在结构复杂和方案较多时逻辑上的失误。
2.1 层次分析法的基本内容
首先,根据问题的性质和要求,提出一个总的目标。然后,将问题按层次分解,对同一层次内的诸要素通过两两比较方法确定出相对于上一层目标的各自的权系数。这样层层分析下去,直到最后一层,即可给出所有因素相对于总目标而言的按重要性程度的一个排序[1]。
2.2 层次分析法的求解步骤
2.2.1 确定目标,建立层次结构模型
层次结构模型一般分为3层:①目标层(V):指决策问题所追求的目标;②准则层(C):评价准则或衡量准则;③指标层(P):指决策问题的具体方法层。
2.2.2 采用比率标度法,对层次结构构建判断矩阵。
(1)标度。为了使各因素之间进行两两比较得到量化的判断矩阵,引入1～9的标度。根据心理学家的研究提出:人们区分信息等级的极限能力为7±2,制定表1[2]:
(2)判断矩阵。判断矩阵是以上一层的某一要素作为判断标准,用比率标度法,对下一层要素通过两两比较确定出相对于上一层目标的各自的权系数。
2.2.3 求取判断矩阵的最大特征值?姿max和特征向量
Saaty给出了求?姿max近似值的方法,这种近似算法的精度相当高,误差在10-3数量级。Saaty给出的求?姿max的近似算法如下:
(1)判断矩阵中每行元素连乘并开n次方(其中n为判断矩阵的阶数):
2.2.4 判断矩阵的一致性检验
在对各要素进行相对重要性判断时,不可能完全精密地判断出其比值,因此必须进行相容性和误差分析。设一致性指标为CI(consistence index),则有:CI=(?姿max-n)/(n-1)
CI与表2所给出的同阶矩阵的随机性指标RI[3]之比称为一致性比率CR,即:CR=CI/CR
在层次分析法中,当CR>0.10时不能通过一致性检验,应该重新估计矩阵A,直到CR<0.10通过一致性检验时,求得的权重?棕才是有效的。
2.2.5 组合权重及其一致性检验
求出所有因素相对于总目标而言的重要性程度,对各影响因素进行层次总排序,并进行组合一致性检验,以判断组合权重是否可以作为目标决策的依据。
3 数学模型的建立与求解
(1)水泵机组安全检测层次结构模型见图1。
(2)采用比率标度法,首先确定准则层(C)对目标层(V)的判断矩阵A0,其次,分别确定指标层(P)对准则层(C1,C2,C3)的3个判断矩阵A1,A2,A3
(3)用Saaty给出的求判断矩阵最大特征值(?姿max)的近似算法计算各判断矩阵的最大特征值及对应的规范化的特征向量。用EXCEL进行求解,求解的界面见表3。
根据上面的求解,可得判断矩阵A0、A1、A2、A3对应的?姿max、 CI、CR、的值见表4。
(3)判断矩阵的一致性检验。由表4可知,判断矩阵Ai(i=0,1,2,3)分别对应的CRi<0.10(i=0,1,2,3)均成立,因此,判断矩阵Ai(i=0,1,2,3)的一致性是可以接受的,即Ai(i=0,1,2,3)的构建是合理的。
(4)组合权重及其一致性检验。①组合权重:由准则层(C)对目标层(V)的权重?棕0和指标层(P)对准则层(C)的权重,可得指标层(P)对目标层(V)的组合权重为:
故通过了组合一致性检验,组合权重可以作为目标决策的依据。
由此可知,影响水泵机组安全检测的五项检测指标,即电动机、叶轮、泵轴、泵壳和悬架及传动装置和制动装置等其他设备中,较为重要的是电动机、叶轮和泵轴的安全检测,这三项在水泵机组安全检测中占了较高的比重。所以,泵站管理人员及安全检修人员为了能使水泵机组安全有效地运行,必须及时关注水泵机组运行状况,制定合理有序的检测计划,在对电动机、叶轮和泵轴这3项的检测中,要投入与其在水泵机组安全检测评价中所占得比重相适应的经济、技术支持。最后,根据检测的结果,以及泵站目前的现状和未来的发展规划,寻找维修更新的方案,以水泵机组切实适应实际的需求。
4 结束语
将层次分析法用于水泵机组安全检测评价中,得到了各应检测项在水泵机组安全评价中的权重,为科学、准确地研究水泵机组的安全检测及维护更新提供了基础数据和科学依据。另外,该数学模型的计算采用EXCEL进行求解,具有简洁、快速的特点,为模型的使用者提供了便利。与此同时,该模型也有一些不足之处,主要体现在构建判断矩阵中,在定量分析的同时也有一些定性的判断,这就使得判断矩阵会有所不同,因此必须进行判断矩阵的一致性检验。随着经济、技术等的不断发展,各项检测指标在整个水泵机组安全检测评价中所占得比重也会产生变化,这就需要对判断矩阵进行修改,以取得相应经济、技术现况条件下的判断,从而为水泵机组的安全检测提供科学的依据和实际的意义。
The Application of Analytical Hierarchy Process in the Testing of Water Pump Secutity
Cheng Hongxia
Abstract: The detection of pump unit security is an important part of safety testing in pumping station.On the basis of describing the test indicators of pump unit safety and introducing the Analytic Hierarchy Process,the paper uses the Analytic Hierarchy Process to evaluate the test indicators of pump unit safety.In the mathematical model of the Analytic Hierarchy Process,using EXCEL to support solving,acquiring the weight of the test indicators in the water pump security,and thus providing the basic data and scientific support for the maintenance of the pump unit.
Key words: the test indicators of pump unit security;Analytic Hierarchy Process;EXCEL