基于振动分析的DY25―30×3型多级离心泵故障诊断

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当今的设备越来越趋向于大型化、高速度、重载荷、连续运转。旋转机械也不例外，如在我们农业灌溉及排涝系统中使用到的离心式水泵，温室大棚排风系统中使用到的叶片式风机，当出现故障可能会给生产生活带来不可弥补的损失，因此设备运行的好与坏就成了生产中最重要的-点。在以往的维修方式中主要采用的是事后维修和定时维修。事后维修：由于运行中的设备出现故障后，停机检修，会造成很大的经济损失；定时维修：成本高易造成二次损害；因此有必要采用先进的技术和理念来解决这-类问题 ，以达到经济最大化。先进的维修方式就是预知维修- 基于振动的旋转机械设备故障诊断技术uI。

1 基于振动的故障诊断方式图1 机械设备故障诊断流程故障诊断的方式有很多，例如常见的有：油液的铁谱分析诊断技术、噪声分析诊断技术、温度检测诊断技术 、压力与流量诊断技术 、振动分析诊断技术21。而基于振动的故障诊断技术是目前机械故障诊断最常用的方法，它主要通过对机械振动在时域、幅值域、时差域、频域以及其他领域对传感器所采集到的信号进行分析和处理。提取故障信息，发现故障位置，从而进行故障诊断，如图1所示为机械设备故障诊断流程。

在实际应用中，频域分析是使用最广泛，也是故障诊断中比较成熟的-个。我们通过傅里叶变化(FFT)可以提取到旋转机械振动信号的基频(旋转频率)以及各个谐波及次谐波的分频。水泵、风机等机械设备都是旋转设备，在正常运行时存在大量的周期信号，而频谱图更好地把这些周期性信号分开，形成以基频为基础的图谱。根据不同的故障特征就可以对应某种特定的频谱。例如：转子不平衡主要对应基频处振幅增大：转子与联轴器不对中主要表现为2倍频、4倍频振动成分；连接基础松动主要表现3倍频、5倍频、7倍频等高阶奇数倍频分量增加；但并不是根据频谱图就-定能判断出设备故障，因为对于不同的故障特征，频谱图有可能非常相似。如：转子不平衡、转子弯曲、设备共振、转子摩擦等故障特征频率都是与基频对应[31。下面以- 个维修实例来说明。

2 旋转机械振动分析此离心泵的型号为DY25-30x3，是我们灌溉及排涝最常使用的泵，适合输送固体颗粒含量低于0.1%(体积浓度)的清水(粒度小于0.5 mm)，转速为2 950 r/min该型泵高效节能，运行可靠。现场使用该泵进行农业灌溉及排涝，平稳运行两年多。某日泵的振动、噪声增大，要求我们技术人员进行现斥决问题♂构简图及测点，如图2所示。

收稿 日期：2012-09-13作者简介：王 i.(1986-)，男，黑龙江鹤 岗人，在读硕士研究生，研究方向：机械电气。Email：shenglizhinia0###126-c0m通信作者：葛 (1974-)，女，新疆石河子人，副教授，硕士生导师。Emaih gyshz###163-c0m。

· 19 ·第1期(总第 131期) 机 械 管 理 开 发 2013年 2月图2 设备示意图及测点布置图3 振动数据及频谱判断使用恩普特设备诊断仪器PDES-E测量轴承振动情况，测量值，如表1所示；参照振动幅值标准，如表2所示；通过振动得到的数据，测量点1有较大的振动能量，位移、速度、冲击值较大，已经大大超过了标准。测量点1的振动能量大于测量点2，但测点2处振动加速度也比较大。由此初步判断此泵必定存在很大振动故障，必须停机修理，否则对泵有更大的损坏。

表1 振动数据测点 位移/mm 速度/(mm/s) 加速度Km/s ) 冲击值/(J/cme)测点1垂直 O.13 19 8.6 36测点1水平 0.07 l1 8.3 28测点2垂直 0.083 7.5 8.7 31测点2水平 0.048 7.7 7.8 23表2 振动幅值标准l转速/(r/min) l 3 000 l 1 500 l 750 lI幅值/mm l 0.05 l 曼0.08 l 0.10 l通过表1数据显示，该泵可能存在很多问题，如转子不平衡 、转子与联轴器不对中、连接基础松动等故障，但都不能确定。

为了准确确定判断故障的原因，使用恩普特的PDES-E故障诊断系统对测点l、测点2分别作垂直和水平方向做频谱分析，如图3所示。

该多级离心泵平稳运行时，由于转速为2 950 r/rain，基频为49.1 Hz。根据频谱图可以看出，其主要的振动频率是基频(49.1 Hz)，同时还存在大量的2倍频(98.2I-Iz)、3倍频(1473 Hz)、4倍频(196.4 Hz)等高频次谐波。除主要1倍频比较大以外，还有丰富的高次谐波存在，而且频谱噪声线很高，谱线连续，转子存在-种不稳定的冲击力。这与1倍频比较大、可能产生的原因转子不平衡、转子弯曲、设备共振、转子摩擦等故障对应 。

4 故障分析及诊断首先对于转子弯曲、设备共振在设备出厂时候都已经做过测试，并且泵在两年多内运行完好，先不予考虑，而较大的基频是不平衡的主要特征。频谱图除了有较大基频外还产生许多谐波分量，如2倍频、3倍频以及丰富的高次谐波，这是摩擦主要特征。当发生摩擦时，动静件接触后再分开、循环往复，改变了构建的动态刚度，其摩擦力仪线性的。这都刚好与我们的频谱图对应I 。通过以上分析得出，该多级离心泵由于转子原因，发生了转子不平衡现象，致使转轴发生了· 20·2v频谱图5O加l002H5O40，100图3 各测点 处频谱 图窜动，导致泵体内部碰磨，进而引起较大振动。随后我们进行了停机检查，拆卸后发现叶轮叶片入口处发生了损坏，叶轮口环磨损故障如图4所示。通过上述现象分析，DY25-303多级离心式水泵振动超标的原因，叶轮人口处发生了损坏(有可能是气蚀导致或焊渣脱落引起)，从而引起不平衡故障，间接影响到了叶轮口环间隙，导致了轻微的碰磨通过更换叶轮，修复口环密封，试运行泵振动消失。

图4 损坏的叶轮5 结 论可以看出，通过提取并分析设备振动信号虽然复杂，但确实非常有效。针对故障抢修做到有的放矢，有效地避免了重大事故的发生，另外在运行中也可以提(下转第22页)第 l期(总第131期) 机 械 管 理 开 发心齿轮 和驱动型芯的齿轮 组成-模时假定齿条不动，在动模向左运动时，齿轮 l沿齿条滚动动定模之间的开模速度： d ln1. (1) l 。 J式中：dl、 -齿轮 的分度圆直径和转速，其他 转速之间的关系为： 图3 脱模机构原理图2，zh 113n2Z2/ ，/4 3，r/57/4Z4/磊 . (2)- . ，7 7 - T制件脱出的速度为：v：，经整理得：-7.21-/ 3Z， 5 qr a1。

7J2 2 4式中：，为螺纹螺距，如果要求 。，则必须使：1T /Z2 1.分析上式不难发现，分子是各被动齿轮的齿数与齿轮 沿齿条转-圈的周长叮r 的乘积，分母是各主动齿轮的齿数与型芯螺距 的乘积，要满足上式是很困难的，因为叮r 远远大于 .而齿轮的齿数比是有-定范围的，结构设计时必然受到限制，过度减小各被动齿轮的齿数或增大各主动齿轮的齿数都是不现实的。问题实质上是动、定模之间的开模速度太大了，远远大于制件脱出的速度 ，既然 太大，就应当想办法减小，前面是假定齿条不动的情况，凹模...里1-定模板；2-凹模；3-动模板图4 凹模差动就 是定模 ，这 种情况 下l》7Y2，现在设两个分型面如图4，让凹模在 分型面打开时也处于运动状态来补偿速度差 ，凹模的运动有效地减小了动模与定模之间的相对开模速度，创造了有利条件，充分满足顺利脱模的条件，确保制件的成型质量。

笔者建议以下情况都应采用两个分型面，-是同类模具采用侧面浇口，只有-个分型面；二是对止转长度较短而螺纹圈数较多的制件。

而明确动、定模之间的开模速度与制件脱出速度之间的关系是非常重要的，笔者在这方面做了-定的尝试，对同类模具设计有-定的参考价值和借鉴作用。