立式混流泵異常振動(dòng)測(cè)試分析

　　針對(duì)某泵站立式混流泵機(jī)組異常振動(dòng)現(xiàn)象，采用低頻振動(dòng)傳感器和電渦流傳感器，分別測(cè)試開機(jī)過程和正常運(yùn)行時(shí)水泵機(jī)組下機(jī)架、泵蓋、外筒體振動(dòng)以及主軸擺度�；�于希爾伯特-黃變換進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，獲得了測(cè)試信號(hào)位移峰峰值，通過提取穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)信號(hào)特征向量，對(duì)故障類型進(jìn)行識(shí)別；在此基礎(chǔ)上，通過分析開機(jī)過程信號(hào)時(shí)頻變化情況，尋找誘發(fā)機(jī)組異常振動(dòng)的故障原因.現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試分析結(jié)果表明：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)頻率主要集中在轉(zhuǎn)頻附近，且主軸軸心軌跡成橢圓形，可診斷其故障類型屬于轉(zhuǎn)子不平衡；在開機(jī)過程中，主軸的軸心軌跡紊亂，開機(jī)瞬間機(jī)組的振動(dòng)值為正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值的47.3倍，據(jù)此可判斷出在此刻機(jī)組內(nèi)部產(chǎn)生了強(qiáng)大的沖擊力，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子不平衡運(yùn)轉(zhuǎn).采用希爾伯特-黃變換法能夠準(zhǔn)確獲取水泵振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻特征，尤其對(duì)分析處理高度非線性的被測(cè)信號(hào)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而開展開機(jī)過程中的振動(dòng)測(cè)試研究，也為水泵故障診斷分析方法開辟了一條新途徑.

　　在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，振動(dòng)信號(hào)蘊(yùn)含著豐富的運(yùn)行狀態(tài)信息，是狀態(tài)評(píng)估及故障分析的重要基礎(chǔ).水泵機(jī)組運(yùn)行中總存在著不同程度的振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)超過一定限度時(shí)，就會(huì)對(duì)設(shè)備造成不同程度的危害，長期的異常振動(dòng)不僅降低水泵效率，而且縮短了機(jī)組零部件的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致機(jī)組被迫停機(jī).

　　目前關(guān)于水力機(jī)械振動(dòng)及故障診斷的研究，或利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行仿真，或基于信號(hào)處理方法進(jìn)行振動(dòng)分析、識(shí)別及故障診斷.如：孔繁余等基于ANSYS軟件對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)施加靜力載荷，從而分析轉(zhuǎn)子諧響應(yīng)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)等特性.趙鵬則針對(duì)水泵的機(jī)械故障信號(hào)比較了希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huangtransform，HHT)、第二代小波包變換等方法在信號(hào)處理上的優(yōu)劣，利用徑向基函數(shù)(radial-basisfunction，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了故障診斷模型研究.楊志榮提出了基于Racah矩的水電機(jī)組軸心軌跡識(shí)別方法，并利用多Agent理論構(gòu)建了故障診斷模型.然而振動(dòng)測(cè)試較少涉及水力機(jī)械的開、停機(jī)過程，缺乏系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)由于故障信息量不足，診斷結(jié)果較籠統(tǒng).因此，全面系統(tǒng)的測(cè)試水泵運(yùn)行狀態(tài)，不僅對(duì)深入研究水泵振動(dòng)機(jī)理，分析機(jī)組振動(dòng)誘因，具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)泵站的設(shè)備維護(hù)、優(yōu)化運(yùn)行及技術(shù)改造也具有重要的實(shí)用價(jià)值.文中分別測(cè)試某泵站立式混流泵機(jī)組開機(jī)過程和正常運(yùn)行時(shí)，異常振動(dòng)，通過信號(hào)處理進(jìn)行故障診斷.

1、試驗(yàn)對(duì)象及方法

　　廣東某泵站安裝了8臺(tái)2600HTEXJ型立式液壓全調(diào)節(jié)抽芯混流泵，分別配套同步/異步電動(dòng)機(jī)各4臺(tái)，具體參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速為同步250r/min；異步245r/min；單泵設(shè)計(jì)流量15m3/s；水泵最高揚(yáng)程27.6m；設(shè)計(jì)揚(yáng)程26.6m；最低揚(yáng)程22.3m；葉片調(diào)節(jié)范圍-9°～+2°.

　　由于引水明渠取自形狀不規(guī)則的人工渠，前池入口彎道河段，來流多次轉(zhuǎn)向引起泵站前池及進(jìn)水池的流態(tài)紊亂，為此采用布置多排整流三角墩的方案進(jìn)行了前池改造從而基本上改善了進(jìn)水池水流不均勻?qū)λ�泵振�?dòng)的影響.由于運(yùn)行中仍存在數(shù)臺(tái)機(jī)組振動(dòng)較劇烈的現(xiàn)象，選取有代表性的7#機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè).測(cè)點(diǎn)布置如圖1和表1所示，對(duì)不同葉片角度(-9°～+2°)下機(jī)組正常運(yùn)行工況和葉片角度為0°時(shí)的開機(jī)過程進(jìn)行測(cè)量.

圖1 測(cè)點(diǎn)布置位置

表1 測(cè)點(diǎn)位置及方向

　　依據(jù)水力機(jī)械典型故障振動(dòng)頻譜研究成果，該機(jī)組有效振動(dòng)信號(hào)頻率在1～500Hz，既包括低頻信號(hào)，又包括中頻信號(hào)，因此選用頻響0.5～1000Hz的電磁式振動(dòng)傳感器和頻響0～10kHz的電渦流擺度傳感器分別測(cè)量非旋轉(zhuǎn)部件振動(dòng)和主軸擺度.

結(jié)論

　　1)采用HHT方法分析立式混流泵振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確的獲得振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻特性，尤其適用于機(jī)組啟動(dòng)過程瞬時(shí)頻率分析，為機(jī)組振動(dòng)原因深入分析奠定了基礎(chǔ).

　　2)立式混流泵振動(dòng)測(cè)試結(jié)果分析表明，開機(jī)所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力導(dǎo)致主軸明顯偏移，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后此偏移量雖有所減小，但始終存在，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而誘發(fā)機(jī)組振動(dòng).

　　3)立式混流泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)信號(hào)分析，只能粗略診斷故障類型屬于轉(zhuǎn)子不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)；開展機(jī)組開機(jī)振動(dòng)測(cè)試研究，能夠進(jìn)一步明確振動(dòng)誘因，為機(jī)組運(yùn)行維護(hù)和技術(shù)改造提供依據(jù)，不失為水泵故障診斷分析方法的一條新途徑.