基于振動(dòng)測試的泵的故障診斷

譚慧敏

（東營市城市管理局，山東東營257090）

基于振動(dòng)測試的泵的故障診斷

譚慧敏

（東營市城市管理局，山東東營257090）

根據(jù)往復(fù)式機(jī)械振動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn)與測試技術(shù)，選取檢測方法獲取機(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設(shè)備的工作狀態(tài)，并進(jìn)行故障診斷。

振動(dòng)測試；振動(dòng)烈度；測量標(biāo)準(zhǔn)；故障診斷

0 引言

泵主要用來輸送水、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，對泵的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提出了更高的要求[1]。通過對F-1300型普通鉆井泵軸承與液力端進(jìn)行振動(dòng)測試，并依據(jù)振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)評價(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)泵類設(shè)備的故障診斷。

1 機(jī)械振動(dòng)測試

（1）速度測試原理。按測量過程的物理性質(zhì)來分，振動(dòng)速度測量方法大致可以分為三類，即機(jī)械測量法、電測法和光測法。

實(shí)驗(yàn)中測量振動(dòng)速度的方法：首先通過加速度傳感器獲取振動(dòng)加速度，再將拾取的加速度信號通過A/D轉(zhuǎn)換并去直流，去直流后的信號再進(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MATLAB數(shù)值處理得到振動(dòng)速度的過程[2]。測量流程見圖1。

圖1 速度測試原理流程

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

（3）振動(dòng)信號采集。振動(dòng)信號采集流程見圖4。

（4）振動(dòng)信號處理。利用MATLAB對采取的數(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量中X（圖5），Y（圖6），Z（圖7）3個(gè)方向上的去趨勢項(xiàng)Simpson積分頻域積分速度圖形。

圖2 泵軸承處測試儀器的布置

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 泵液力端處測試儀器的布置

圖4 測試數(shù)據(jù)采集流程圖

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

對于N點(diǎn)離散振動(dòng)速度信號v（n），計(jì)算式可寫作公式（2）

圖5 X向去趨勢項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

圖6 Y向去趨勢項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

圖7 Z向去趨勢項(xiàng)Simpson頻域積分結(jié)果

（1）振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)。我國往復(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)測量和評級方法》（表1）。

（2）振動(dòng)烈度計(jì)算。利用3σ原理，通過MATLAB根據(jù)第公式（1），（2）編程，采用去趨勢項(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)果見表2、表3，液力端計(jì)算結(jié)果見表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，其技術(shù)狀況評價(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，其技術(shù)狀況評價(jià)為優(yōu)。

表1 《往復(fù)式機(jī)器整機(jī)振動(dòng)測量和評級方法》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）通過將泵主要部分進(jìn)行振動(dòng)信號采集，利用MATLAB對數(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)，評定泵工作狀況下優(yōu)、良、一般、差4個(gè)等級具體屬于哪個(gè)等級。根據(jù)結(jié)果做出評定意見，是否需要停工整改，本次測量的泵性能良好，可以正常生產(chǎn)。

（2）利用頻譜法計(jì)算振動(dòng)烈度，放寬了對振動(dòng)信號類型的要求，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。測量的重點(diǎn)在于測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）為了減少信號隨機(jī)性的影響，對泵的兩大部分采取多次測量取平均值的方法，有效的提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

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

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

［2］高品賢.趨勢項(xiàng)對時(shí)域參數(shù)識(shí)別的影響及消除[J].振動(dòng)測試與診斷，1994（2）:20-26.

〔編輯李波〕

TE926

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.47