立式混流泵异常振动测试分析

　　针对某泵站立式混流泵机组异常振动现象，采用低频振动传感器和电涡流传感器，分别测试开机过程和正常运行时水泵机组下机架、泵盖、外筒体振动以及主轴摆度。基于希尔伯特-黄变换进行试验数据处理，获得了测试信号位移峰峰值，通过提取稳定运行时的振动信号特征向量，对故障类型进行识别；在此基础上，通过分析开机过程信号时频变化情况，寻找诱发机组异常振动的故障原因.现场振动测试分析结果表明：稳定运行时机组振动频率主要集中在转频附近，且主轴轴心轨迹成椭圆形，可诊断其故障类型属于转子不平衡；在开机过程中，主轴的轴心轨迹紊乱，开机瞬间机组的振动值为正常运行时振动值的47.3倍，据此可判断出在此刻机组内部产生了强大的冲击力，进而引起转子不平衡运转.采用希尔伯特-黄变换法能够准确获取水泵振动信号的时频特征，尤其对分析处理高度非线性的被测信号具有很强的优势，而开展开机过程中的振动测试研究，也为水泵故障诊断分析方法开辟了一条新途径.

　　在旋转机械中，振动信号蕴含着丰富的运行状态信息，是状态评估及故障分析的重要基础.水泵机组运行中总存在着不同程度的振动，当振动超过一定限度时，就会对设备造成不同程度的危害，长期的异常振动不仅降低水泵效率，而且缩短了机组零部件的使用寿命，严重时甚至导致机组被迫停机.

　　目前关于水力机械振动及故障诊断的研究，或利用数值模拟方法进行仿真，或基于信号处理方法进行振动分析、识别及故障诊断.如：孔繁余等基于ANSYS软件对转子系统施加静力载荷，从而分析转子谐响应和瞬态动力学等特性.赵鹏则针对水泵的机械故障信号比较了希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huangtransform，HHT)、第二代小波包变换等方法在信号处理上的优劣，利用径向基函数(radial-basisfunction，RBF)神经网络进行了故障诊断模型研究.杨志荣提出了基于Racah矩的水电机组轴心轨迹识别方法，并利用多Agent理论构建了故障诊断模型.然而振动测试较少涉及水力机械的开、停机过程，缺乏系统的试验验证，同时由于故障信息量不足，诊断结果较笼统.因此，全面系统的测试水泵运行状态，不仅对深入研究水泵振动机理，分析机组振动诱因，具有重要的理论意义，同时对泵站的设备维护、优化运行及技术改造也具有重要的实用价值.文中分别测试某泵站立式混流泵机组开机过程和正常运行时，异常振动，通过信号处理进行故障诊断.

1、试验对象及方法

　　广东某泵站安装了8台2600HTEXJ型立式液压全调节抽芯混流泵，分别配套同步/异步电动机各4台，具体参数如下：转速为同步250r/min；异步245r/min；单泵设计流量15m3/s；水泵最高扬程27.6m；设计扬程26.6m；最低扬程22.3m；叶片调节范围-9°～+2°.

　　由于引水明渠取自形状不规则的人工渠，前池入口弯道河段，来流多次转向引起泵站前池及进水池的流态紊乱，为此采用布置多排整流三角墩的方案进行了前池改造从而基本上改善了进水池水流不均匀对水泵振动的影响.由于运行中仍存在数台机组振动较剧烈的现象，选取有代表性的7#机组进行现场实测.测点布置如图1和表1所示，对不同叶片角度(-9°～+2°)下机组正常运行工况和叶片角度为0°时的开机过程进行测量.

图1 测点布置位置

表1 测点位置及方向

　　依据水力机械典型故障振动频谱研究成果，该机组有效振动信号频率在1～500Hz，既包括低频信号，又包括中频信号，因此选用频响0.5～1000Hz的电磁式振动传感器和频响0～10kHz的电涡流摆度传感器分别测量非旋转部件振动和主轴摆度.

结论

　　1)采用HHT方法分析立式混流泵振动测试数据，能够准确的获得振动信号的时频特性，尤其适用于机组启动过程瞬时频率分析，为机组振动原因深入分析奠定了基础.

　　2)立式混流泵振动测试结果分析表明，开机所产生的强大冲击力导致主轴明显偏移，机组稳定运行后此偏移量虽有所减小，但始终存在，导致转子不平衡运转，进而诱发机组振动.

　　3)立式混流泵稳定运行时的振动信号分析，只能粗略诊断故障类型属于转子不平衡运转；开展机组开机振动测试研究，能够进一步明确振动诱因，为机组运行维护和技术改造提供依据，不失为水泵故障诊断分析方法的一条新途径.