基于振动测试的泵的故障诊断

谭慧敏

（东营市城市管理局，山东东营257090）

基于振动测试的泵的故障诊断

谭慧敏

（东营市城市管理局，山东东营257090）

根据往复式机械振动测量标准与测试技术，选取检测方法获取机械振动速度，进而求得振动烈度；依据振动烈度标准，利用安全学科知识分析正常工作状况下泵类设备的工作状态，并进行故障诊断。

振动测试；振动烈度；测量标准；故障诊断

0 引言

泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。目前我国核电、石油、化工、化肥等工业建设所需的泵还主要依靠进口，因此为了保证工业建设的正常进行，对泵的状态监测与故障诊断提出了更高的要求[1]。通过对F-1300型普通钻井泵轴承与液力端进行振动测试，并依据振动烈度标准评价机械是否可靠，利用安全学科知识进一步分析泵的安全性并发现安全隐患，实现泵类设备的故障诊断。

1 机械振动测试

（1）速度测试原理。按测量过程的物理性质来分，振动速度测量方法大致可以分为三类，即机械测量法、电测法和光测法。

实验中测量振动速度的方法：首先通过加速度传感器获取振动加速度，再将拾取的加速度信号通过A/D转换并去直流，去直流后的信号再进行滤波处理才能达到要求。采用数字频域滤波，优点是方法简单，计算速度快，滤波频带控制精度高，有较好的频率选择性和灵活性，而且不会像时域滤波方法那样产生时移。实质上就是获得的数据经过MATLAB数值处理得到振动速度的过程[2]。测量流程见图1。

图1 速度测试原理流程

（2）泵振动速度测试仪器布置。以对F-1300型普通钻井泵轴承与液力端进行振动测试为例，布点测试方式见图2、图3。

（3）振动信号采集。振动信号采集流程见图4。

（4）振动信号处理。利用MATLAB对采取的数据进行处理得速度随时间变化图形，本文只给出轴承端一次测量中X（图5），Y（图6），Z（图7）3个方向上的去趋势项Simpson积分频域积分速度图形。

图2 泵轴承处测试仪器的布置

2 机械振动烈度计算

振动烈度定义为频率10～1000 Hz范围内振动速度的均方根值。

图3 泵液力端处测试仪器的布置

图4 测试数据采集流程图

若已知振动速度信号v（t），计算时所取的时间为T，振动烈度可按公式（1）V计算，也就是信号v（t）在（0，T）上平均功率的平方根值或有效值。

对于N点离散振动速度信号v（n），计算式可写作公式（2）

图5 X向去趋势项Simpson频域积分结果

图6 Y向去趋势项Simpson频域积分结果

图7 Z向去趋势项Simpson频域积分结果

（1）振动烈度标准。我国往复式机器振动烈度标准参照GB/ T12779-1991《往复式机器整机振动测量和评级方法》（表1）。

（2）振动烈度计算。利用3σ原理，通过MATLAB根据第公式（1），（2）编程，采用去趋势项Simpson频域积分方法，计算X，Y，Z的3个方向上的烈度，并计算相应的均值和标准差。轴承处计算结果见表2、表3，液力端计算结果见表4、表5。

取均值作为该方向上的振动烈度，X方向上的振动烈度3.1928 mm/s，Y方向上的振动烈度0.8202 mm/s，Z方向上的振动烈度1.3086 mm/s，X方向上的振动烈度最大，可以作为轴承处的振动烈度，将石油机械视为Ⅳ类，其技术状况评价为良。

取均值作为该方向上的振动烈度，X方向上的振动烈度为0.9652 mm/s，Y方向上的振动烈度为1.2771mm/s，Z方向上的振动烈度为1.1575 mm/s，Y方向上的振动烈度最大，可以作为泵液力端的振动烈度，将该机械视为Ⅳ类，其技术状况评价为优。

表1 《往复式机器整机振动测量和评级方法》一览表

表2 泵轴承处的振动烈度mm/s

表3 泵轴承处振动烈度的均值和标准差μm

表4 泵液力端的振动烈度mm/s

表5 泵液力端振动烈度的均值和标准差μm

3 结论

（1）通过将泵主要部分进行振动信号采集，利用MATLAB对数据进行数据处理后得到振动烈度，依据泵振动烈度参考标准，评定泵工作状况下优、良、一般、差4个等级具体属于哪个等级。根据结果做出评定意见，是否需要停工整改，本次测量的泵性能良好，可以正常生产。

（2）利用频谱法计算振动烈度，放宽了对振动信号类型的要求，方便了计算频率范围的选择，具有较强的适用性和灵活性。测量的重点在于测量装置的校正和传感器的布置与安装，适当选取频率范围。

（3）为了减少信号随机性的影响，对泵的两大部分采取多次测量取平均值的方法，有效的提高了结果的准确性和稳定性。

（4）在线的状态监测能及早发现故障隐患，及时维修，延长泵的使用寿命。

［1］施卫东，李伟，刘厚林，等.国内泵业技术现状与发展趋势[J].农机化研究，2005（5）:30-32.

［2］高品贤.趋势项对时域参数识别的影响及消除[J].振动测试与诊断，1994（2）:20-26.

〔编辑李波〕

TE926

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.47