基于振動(dòng)測(cè)試的泵的故障診斷

譚慧敏

（東營(yíng)市城市管理局，山東東營(yíng)257090）

基于振動(dòng)測(cè)試的泵的故障診斷

譚慧敏

（東營(yíng)市城市管理局，山東東營(yíng)257090）

根據(jù)往復(fù)式機(jī)械振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試技術(shù)，選取檢測(cè)方法獲取機(jī)械振動(dòng)速度，進(jìn)而求得振動(dòng)烈度；依據(jù)振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)，利用安全學(xué)科知識(shí)分析正常工作狀況下泵類(lèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，并進(jìn)行故障診斷。

振動(dòng)測(cè)試；振動(dòng)烈度；測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)；故障診斷

0 引言

泵主要用來(lái)輸送水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等液體，也可輸送液、氣混合物及含懸浮固體物的液體。目前我國(guó)核電、石油、化工、化肥等工業(yè)建設(shè)所需的泵還主要依靠進(jìn)口，因此為了保證工業(yè)建設(shè)的正常進(jìn)行，對(duì)泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷提出了更高的要求[1]。通過(guò)對(duì)F-1300型普通鉆井泵軸承與液力端進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，并依據(jù)振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)機(jī)械是否可靠，利用安全學(xué)科知識(shí)進(jìn)一步分析泵的安全性并發(fā)現(xiàn)安全隱患，實(shí)現(xiàn)泵類(lèi)設(shè)備的故障診斷。

1 機(jī)械振動(dòng)測(cè)試

（1）速度測(cè)試原理。按測(cè)量過(guò)程的物理性質(zhì)來(lái)分，振動(dòng)速度測(cè)量方法大致可以分為三類(lèi)，即機(jī)械測(cè)量法、電測(cè)法和光測(cè)法。

實(shí)驗(yàn)中測(cè)量振動(dòng)速度的方法：首先通過(guò)加速度傳感器獲取振動(dòng)加速度，再將拾取的加速度信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換并去直流，去直流后的信號(hào)再進(jìn)行濾波處理才能達(dá)到要求。采用數(shù)字頻域?yàn)V波，優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，濾波頻帶控制精度高，有較好的頻率選擇性和靈活性，而且不會(huì)像時(shí)域?yàn)V波方法那樣產(chǎn)生時(shí)移。實(shí)質(zhì)上就是獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MATLAB數(shù)值處理得到振動(dòng)速度的過(guò)程[2]。測(cè)量流程見(jiàn)圖1。

圖1 速度測(cè)試原理流程

（2）泵振動(dòng)速度測(cè)試儀器布置。以對(duì)F-1300型普通鉆井泵軸承與液力端進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試為例，布點(diǎn)測(cè)試方式見(jiàn)圖2、圖3。

（3）振動(dòng)信號(hào)采集。振動(dòng)信號(hào)采集流程見(jiàn)圖4。

（4）振動(dòng)信號(hào)處理。利用MATLAB對(duì)采取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得速度隨時(shí)間變化圖形，本文只給出軸承端一次測(cè)量中X（圖5），Y（圖6），Z（圖7）3個(gè)方向上的去趨勢(shì)項(xiàng)Simpson積分頻域積分速度圖形。

圖2 泵軸承處測(cè)試儀器的布置

2 機(jī)械振動(dòng)烈度計(jì)算

振動(dòng)烈度定義為頻率10～1000 Hz范圍內(nèi)振動(dòng)速度的均方根值。

圖3 泵液力端處測(cè)試儀器的布置

圖4 測(cè)試數(shù)據(jù)采集流程圖

若已知振動(dòng)速度信號(hào)v（t），計(jì)算時(shí)所取的時(shí)間為T(mén)，振動(dòng)烈度可按公式（1）V計(jì)算，也就是信號(hào)v（t）在（0，T）上平均功率的平方根值或有效值。

對(duì)于N點(diǎn)離散振動(dòng)速度信號(hào)v（n），計(jì)算式可寫(xiě)作公式（2）

圖5 X向去趨勢(shì)項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

圖6 Y向去趨勢(shì)項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

圖7 Z向去趨勢(shì)項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

（1）振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)往復(fù)式機(jī)器振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)參照GB/ T12779-1991《往復(fù)式機(jī)器整機(jī)振動(dòng)測(cè)量和評(píng)級(jí)方法》（表1）。

（2）振動(dòng)烈度計(jì)算。利用3σ原理，通過(guò)MATLAB根據(jù)第公式（1），（2）編程，采用去趨勢(shì)項(xiàng)Simpson頻域積分方法，計(jì)算X，Y，Z的3個(gè)方向上的烈度，并計(jì)算相應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。軸承處計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3，液力端計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

取均值作為該方向上的振動(dòng)烈度，X方向上的振動(dòng)烈度3.1928 mm/s，Y方向上的振動(dòng)烈度0.8202 mm/s，Z方向上的振動(dòng)烈度1.3086 mm/s，X方向上的振動(dòng)烈度最大，可以作為軸承處的振動(dòng)烈度，將石油機(jī)械視為Ⅳ類(lèi)，其技術(shù)狀況評(píng)價(jià)為良。

取均值作為該方向上的振動(dòng)烈度，X方向上的振動(dòng)烈度為0.9652 mm/s，Y方向上的振動(dòng)烈度為1.2771mm/s，Z方向上的振動(dòng)烈度為1.1575 mm/s，Y方向上的振動(dòng)烈度最大，可以作為泵液力端的振動(dòng)烈度，將該機(jī)械視為Ⅳ類(lèi)，其技術(shù)狀況評(píng)價(jià)為優(yōu)。

表1 《往復(fù)式機(jī)器整機(jī)振動(dòng)測(cè)量和評(píng)級(jí)方法》一覽表

表2 泵軸承處的振動(dòng)烈度mm/s

表3 泵軸承處振動(dòng)烈度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差μm

表4 泵液力端的振動(dòng)烈度mm/s

表5 泵液力端振動(dòng)烈度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差μm

3 結(jié)論

（1）通過(guò)將泵主要部分進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集，利用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到振動(dòng)烈度，依據(jù)泵振動(dòng)烈度參考標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定泵工作狀況下優(yōu)、良、一般、差4個(gè)等級(jí)具體屬于哪個(gè)等級(jí)。根據(jù)結(jié)果做出評(píng)定意見(jiàn)，是否需要停工整改，本次測(cè)量的泵性能良好，可以正常生產(chǎn)。

（2）利用頻譜法計(jì)算振動(dòng)烈度，放寬了對(duì)振動(dòng)信號(hào)類(lèi)型的要求，方便了計(jì)算頻率范圍的選擇，具有較強(qiáng)的適用性和靈活性。測(cè)量的重點(diǎn)在于測(cè)量裝置的校正和傳感器的布置與安裝，適當(dāng)選取頻率范圍。

（3）為了減少信號(hào)隨機(jī)性的影響，對(duì)泵的兩大部分采取多次測(cè)量取平均值的方法，有效的提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

（4）在線(xiàn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)能及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)維修，延長(zhǎng)泵的使用壽命。

［1］施衛(wèi)東，李偉，劉厚林，等.國(guó)內(nèi)泵業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2005（5）:30-32.

［2］高品賢.趨勢(shì)項(xiàng)對(duì)時(shí)域參數(shù)識(shí)別的影響及消除[J].振動(dòng)測(cè)試與診斷，1994（2）:20-26.

〔編輯李波〕

TE926

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.47