譚慧敏

（東營市城市管理局，山東東營257090）

基于振動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)往復式機械振動測量標準與測試技術(shù)，選取檢測方法獲取機械振動速度，進而求得振動烈度；依據(jù)振動烈度標準，利用安全學科知識分析正常工作狀況下泵類設(shè)備的工作狀態(tài)，并進行故障診斷。

振動測試；振動烈度；測量標準；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口，因此為了保證工業(yè)建設(shè)的正常進行，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行振動測試，并依據(jù)振動烈度標準評價機械是否可靠，利用安全學科知識進一步分析泵的安全性并發(fā)現(xiàn)安全隱患，實現(xiàn)泵類設(shè)備的故障診斷。

1 機械振動測試

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

實驗中測量振動速度的方法：首先通過加速度傳感器獲取振動加速度，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行濾波處理才能達到要求。采用數(shù)字頻域濾波，優(yōu)點是方法簡單，計算速度快，濾波頻帶控制精度高，有較好的頻率選擇性和靈活性，而且不會像時域濾波方法那樣產(chǎn)生時移。實質(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行振動測試為例，布點測試方式見圖2、圖3。

（3）振動信號采集。振動信號采集流程見圖4。

（4）振動信號處理。利用MATLAB對采取的數(shù)據(jù)進行處理得速度隨時間變化圖形，本文只給出軸承端一次測量中X（圖5），Y（圖6），Z（圖7）3個方向上的去趨勢項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 機械振動烈度計算

振動烈度定義為頻率10～1000 Hz范圍內(nèi)振動速度的均方根值。

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

若已知振動速度信號v（t），計算時所取的時間為T，振動烈度可按公式（1）V計算，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點離散振動速度信號v（n），計算式可寫作公式（2）

圖5 X向去趨勢項Simpson頻域積分結(jié)果

圖6 Y向去趨勢項Simpson頻域積分結(jié)果

圖7 Z向去趨勢項Simpson頻域積分結(jié)果

（1）振動烈度標準。我國往復式機器振動烈度標準參照GB/ T12779-1991《往復式機器整機振動測量和評級方法》（表1）。

（2）振動烈度計算。利用3σ原理，通過MATLAB根據(jù)第公式（1），（2）編程，采用去趨勢項Simpson頻域積分方法，計算X，Y，Z的3個方向上的烈度，并計算相應(yīng)的均值和標準差。軸承處計算結(jié)果見表2、表3，液力端計算結(jié)果見表4、表5。

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

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

表1 《往復式機器整機振動測量和評級方法》一覽表

表2 泵軸承處的振動烈度mm/s

表3 泵軸承處振動烈度的均值和標準差μm

表4 泵液力端的振動烈度mm/s

表5 泵液力端振動烈度的均值和標準差μm

3 結(jié)論

（1）通過將泵主要部分進行振動信號采集，利用MATLAB對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理后得到振動烈度，依據(jù)泵振動烈度參考標準，評定泵工作狀況下優(yōu)、良、一般、差4個等級具體屬于哪個等級。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）利用頻譜法計算振動烈度，放寬了對振動信號類型的要求，方便了計算頻率范圍的選擇，具有較強的適用性和靈活性。測量的重點在于測量裝置的校正和傳感器的布置與安裝，適當選取頻率范圍。

（3）為了減少信號隨機性的影響，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)機化研究，2005（5）:30-32.

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

〔編輯李波〕

TE926

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.47