立式混流泵異常振動(dòng)測試分析

　　針對某泵站立式混流泵機組異常振動(dòng)現象，采用低頻振動(dòng)傳感器和電渦流傳感器，分別測試開(kāi)機過(guò)程和正常運行時(shí)水泵機組下機架、泵蓋、外筒體振動(dòng)以及主軸擺度�；�于希爾伯特-黃變換進(jìn)行試驗數據處理，獲得了測試信號位移峰峰值，通過(guò)提取穩定運行時(shí)的振動(dòng)信號特征向量，對故障類(lèi)型進(jìn)行識別；在此基礎上，通過(guò)分析開(kāi)機過(guò)程信號時(shí)頻變化情況，尋找誘發(fā)機組異常振動(dòng)的故障原因.現場(chǎng)振動(dòng)測試分析結果表明：穩定運行時(shí)機組振動(dòng)頻率主要集中在轉頻附近，且主軸軸心軌跡成橢圓形，可診斷其故障類(lèi)型屬于轉子不平衡；在開(kāi)機過(guò)程中，主軸的軸心軌跡紊亂，開(kāi)機瞬間機組的振動(dòng)值為正常運行時(shí)振動(dòng)值的47.3倍，據此可判斷出在此刻機組內部產(chǎn)生了強大的沖擊力，進(jìn)而引起轉子不平衡運轉.采用希爾伯特-黃變換法能夠準確獲取水泵振動(dòng)信號的時(shí)頻特征，尤其對分析處理高度非線(xiàn)性的被測信號具有很強的優(yōu)勢，而開(kāi)展開(kāi)機過(guò)程中的振動(dòng)測試研究，也為水泵故障診斷分析方法開(kāi)辟了一條新途徑.

　　在旋轉機械中，振動(dòng)信號蘊含著(zhù)豐富的運行狀態(tài)信息，是狀態(tài)評估及故障分析的重要基礎.水泵機組運行中總存在著(zhù)不同程度的振動(dòng)，當振動(dòng)超過(guò)一定限度時(shí)，就會(huì )對設備造成不同程度的危害，長(cháng)期的異常振動(dòng)不僅降低水泵效率，而且縮短了機組零部件的使用壽命，嚴重時(shí)甚至導致機組被迫停機.

　　目前關(guān)于水力機械振動(dòng)及故障診斷的研究，或利用數值模擬方法進(jìn)行仿真，或基于信號處理方法進(jìn)行振動(dòng)分析、識別及故障診斷.如：孔繁余等基于A(yíng)NSYS軟件對轉子系統施加靜力載荷，從而分析轉子諧響應和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)等特性.趙鵬則針對水泵的機械故障信號比較了希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huangtransform，HHT)、第二代小波包變換等方法在信號處理上的優(yōu)劣，利用徑向基函數(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矩的水電機組軸心軌跡識別方法，并利用多Agent理論構建了故障診斷模型.然而振動(dòng)測試較少涉及水力機械的開(kāi)、停機過(guò)程，缺乏系統的試驗驗證，同時(shí)由于故障信息量不足，診斷結果較籠統.因此，全面系統的測試水泵運行狀態(tài)，不僅對深入研究水泵振動(dòng)機理，分析機組振動(dòng)誘因，具有重要的理論意義，同時(shí)對泵站的設備維護、優(yōu)化運行及技術(shù)改造也具有重要的實(shí)用價(jià)值.文中分別測試某泵站立式混流泵機組開(kāi)機過(guò)程和正常運行時(shí)，異常振動(dòng)，通過(guò)信號處理進(jìn)行故障診斷.

1、試驗對象及方法

　　廣東某泵站安裝了8臺2600HTEXJ型立式液壓全調節抽芯混流泵，分別配套同步/異步電動(dòng)機各4臺，具體參數如下：轉速為同步250r/min；異步245r/min；單泵設計流量15m3/s；水泵最高揚程27.6m；設計揚程26.6m；最低揚程22.3m；葉片調節范圍-9°～+2°.

　　由于引水明渠取自形狀不規則的人工渠，前池入口彎道河段，來(lái)流多次轉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)水池水流不均勻對水泵振動(dòng)的影響.由于運行中仍存在數臺機組振動(dòng)較劇烈的現象，選取有代表性的7#機組進(jìn)行現場(chǎng)實(shí)測.測點(diǎn)布置如圖1和表1所示，對不同葉片角度(-9°～+2°)下機組正常運行工況和葉片角度為0°時(shí)的開(kāi)機過(guò)程進(jìn)行測量.

圖1 測點(diǎn)布置位置

表1 測點(diǎn)位置及方向

　　依據水力機械典型故障振動(dòng)頻譜研究成果，該機組有效振動(dòng)信號頻率在1～500Hz，既包括低頻信號，又包括中頻信號，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量非旋轉部件振動(dòng)和主軸擺度.

結論

　　1)采用HHT方法分析立式混流泵振動(dòng)測試數據，能夠準確的獲得振動(dòng)信號的時(shí)頻特性，尤其適用于機組啟動(dòng)過(guò)程瞬時(shí)頻率分析，為機組振動(dòng)原因深入分析奠定了基礎.

　　2)立式混流泵振動(dòng)測試結果分析表明，開(kāi)機所產(chǎn)生的強大沖擊力導致主軸明顯偏移，機組穩定運行后此偏移量雖有所減小，但始終存在，導致轉子不平衡運轉，進(jìn)而誘發(fā)機組振動(dòng).

　　3)立式混流泵穩定運行時(shí)的振動(dòng)信號分析，只能粗略診斷故障類(lèi)型屬于轉子不平衡運轉；開(kāi)展機組開(kāi)機振動(dòng)測試研究，能夠進(jìn)一步明確振動(dòng)誘因，為機組運行維護和技術(shù)改造提供依據，不失為水泵故障診斷分析方法的一條新途徑.