摘要：离心泵一旦发生故障将严重影响企业正常生产。通过建造水泵振动试验台，模拟离心泵转子不对中、不平衡和地脚螺栓松动等故障，测量采集离心泵不同状态的振动信号，并据此进行频谱分析，提取出表征离心栗故障的特征信息并对此进行分析诊断，可以査找出故障原因。实际应用表明，这一方法是切实、有效的。
关键词：离心泵；故障机理；诊断方法
引言
设备故障诊断技术是保证设备安全运行的基本措施之一，能对设备故障的发展做出早期预报，对出现故障的原因做出判断，提出对策建议，避免或减少事故的发生。随着科学技术的进步，现代设备的结构越来越复杂，自动化程度也越来越高，如果离心泵出现故障不仅会降低或失去其预定的功能，甚至造成严重的以至灾难性的事故。
1离心泵的主要部件与典型构造
离心泵是一种流体输送设备，主要由泵壳、叶轮、轴承，联轴器、齿轮箱等部件组成。离心泵具有电力驱动、运行平稳、结构紧凑、易损件少、制造安装成本低、管理方便等特点。
1.1泵壳
泵壳与托架相连接，分为有导叶的透平泵泵壳和螺旋形泵壳，多为剖分式，由上下两半组成，方便拆装与检修。泵壳引导并约束着流动液体的甩出方向。
1.2叶轮
叶轮是离心泵最重要的零件，按照工作条件，叶轮有闭式、开式、半开式三种，闭式叶轮装配在前后盖板中间，处于封闭状态；半开式叶轮只包括叶片和后盖板，前盖板位置处于开放状态；开式叶轮没有前后盖板，只有叶片。按照液体吸入方式，叶轮分作单吸式、双吸式两种。
1.3轴承
离心泵的轴承分作滚动轴承与滑动轴承两种。滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分构成。内圈与轴颈装配在一起，外圈与轴承座装配在一起，内、外圈上设有滚道，滚道起到限制滚动体向外侧偏移的作用，保持架的作用是将滚动体均匀的隔开，滚动体一般为滚珠或滚轴。滑动轴承主要由轴颈、轴瓦、轴承支承部构成，位于不易保养维护的部位，依靠注入润滑油起到平衡外载荷的作用，各个部件之间通过润滑油实现表面分开，当离心泵运转时，各个部件之间只存在液体摩擦。
1.4联轴器
联轴器是常用的机械传动部件，主要起两轴间的连接作用。目前，最为常用的联轴器是凸缘联轴器。凸缘联轴器的主要部件是两个带有凸缘的半联轴器，通过螺栓和花键把两个半联轴器连接起来，实现轴与轴之间的转矩传递。凸缘联轴器是刚性联轴器，两轴相对位移的补偿功能不是很强，容易引发附加载荷的增加，导致联轴器故障，避免该故障的办法是保持转子良好的对中状态。
1.5齿轮箱
齿轮箱由箱体、齿轮副、轴、紧固件等零件组成，齿轮箱利用主动轮与从动轮的轮齿数量比例，依靠齿的啮合实现动力传递和配比。齿轮传动具有结构紧凑、传递效率高、传动比稳定、使用寿命长等优点。
2离心泵故障机理
离心泵故障种类很多，但具有共同的基本特点，归纳起来有以下几点。
（1）离心泵故障现象大部分具有随机特性。因为离心泵运行过程是动态过程，就其本质而言是随机过程。机器的运行过程是一个动态过程，都可以用数学方法（微分方程和差分方程）描述，不同型号的离心泵，由于装配、安装及工作条件上的差异，往往导致泵的工况状态及故障模式改变。
（2）从系统特性来看，除了连续性、离散性、间歇性、缓变性、突发性、随机性、趋势性和模糊性等一般特性外，离心泵有很多个零件，零部件间相互耦合，这决定了离心泵故障的多层次性，一种故障由多层次故障原因所构成。
3判断故障的方法与维护手段
3.1频谱分析方法
频谱分析常用的频谱是功率谱和幅值谱。功率谱表示振动功率随振动频率进行分布的情况，物理意义比较清楚。幅值谱表示对应于各频率的谐波振动分量所具有的振幅，应用时比较直观。幅值谱上谱线高度就是该频率分量的振幅大小。
1）按高、中、低三个频段进行分析，初步了解主故障发生的部位；
2）按工频、超谐波、次谐波进行分析，用以确定故障的范围：对中、平衡、松动类故障均与工频(也称基频、转频）的整数倍或分数倍有着密切的关联；
3）按频率成分的来源进行分析，如：零部件共振的频率成分、随机噪声干扰成分、非线性调制生成的和差频成分等；
4）按特征频率进行分析，振动特征频率是各振动零部件有故障时必定产生的频率成分。
3.2傅里叶变换
傅里叶变换是进行频率结构分析的重要工具，它可以辨别或区分组成任意波形的一些不同频率的正弦波和它们各自的振幅。对于一个时域信号X(O，其傅里叶正变换为：
对傅里叶逆变换为：
傅里叶变换是从时域到频域，或从频域到时域的信号转换。任何连续测量的时域信号，都可以表示为不同频率正弦波信号的无限叠加。在使用傅里叶变换分析信号时，要保证连续时间信号满足狄里赫莱条件：1）在任意周期内，连续时间周期信号X(t）必须绝对可积；2）在任意有限区间内，连续时间周期信号X(t）具有有限个起伏变化；3）在X(t）的任意有限区间内，只有有限个不连续点，而在这些不连续点上，信号值是有限的。
3.3维护手段
3.2.1预警性维护
预警性维护具有明确的目标，是根据离心泵的工作状况或工作时长开展的专项检测，其内容包括：润滑状况检查、轴承温度检查、机械振动检查、其它异常现象检查。当检测到某个参数超出预定临界值，就需要停机检修，以杜绝可能发生的事故。预警性维护可以通过故障诊断专家系统通过人机对话或自动诊断模式遥控进行。
3.2.2预防性维护
根据离心泵的工作状态或运作年限，对离心泵进行拆卸式的检查，对叶轮、轴承、联轴器、齿轮箱、支撑架、密封圈、润滑系统等部件逐一检测，更换存在安全隐患的零部件，对性能正常的零部件做保养。
但是，预防性维护的缺点比较明显，容易造成离心泵因为再次安装而导致的精密度下降，维护周期较长，容易影响设备的正常使用。
4离心泵故障诊断实验
4.1离心泵实验台
本文的离心泵振动位移和加速度信号的采集实验是在2BA-6A型离心泵故障诊断系统实验台上完成的，如图1所示。
图1离心泵试验原理
实验中离心泵的型号为2BA-6A，转速为2900r/min，扬程为25.2m，流量为20m3/h，效率为65.6%，吸上真空高度7.2m，离心泵为开式系统；电动机为上海先锋电机厂的三相交流整流子电动机，型号为JZS2-51-1，主电压为380V，主电流为71A，转速1410/1470r/min，频率50Hz。离心泵泵轴的垂直和水平方向用支架分别安装非接触式电涡流位移传感器测取径向位移；泵联轴器上焊接法兰盘，法兰盘的垂直面作为实验测试面，水平安装非接触电涡流位移传感器测取轴向。加速度传感器安装通过自带永久性磁力座垂直吸附在离心泵的轴承座上。系统分别测取正常状态、质量不平衡、转子不对中和基础松动四种状态的振动位移和加速度信号。
4.2振动位移和加速度信号的采集
（1）准备振动位移、加速度和其他传感器、数据采集器与计算机的安装连接；
（2）运行离心泵，采集正常状态下离心泵位移、加速度、流量和转速等信号；
（3）在联轴器法兰上加重块，运行后采集离心泵位移、加速度、流量和转速等信号；
（4）挪动电机使轴线不对中，运行后采集离心泵位移、加速度、流量和转速等信号；
（5）松动电机的基础，运行后采集离心泵位移、加速度、流量和转速等信号，采样频率设为800Hz，采样点数为4096点。
结语
综上所述，在不脱离传统机械维修技术的基础上，借助现代化的计算机技术和数字技术，可以提升离心泵故障判断的准确性和维护效率。
参考文献
[1]赖宇辉.浅谈化工离心泵的维护及检修[J].商品与质量，2016（22）.
[2]张智，王学昆.离心泵的故障分析与维护[J].商品与质量，2016（31）.
论文作者:董紫阁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/15
标签：离心泵论文; 联轴器论文; 故障论文; 信号论文; 叶轮论文; 位移论文; 齿轮箱论文; 《电力设备》2018年第3期论文;