基于全息譜的離心泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別

摘要：離心泵的維護(hù)與維修目前基本仍然采用經(jīng)驗(yàn)判斷和大修機(jī)制，泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)沒有具體的衡量標(biāo)準(zhǔn)，所以形成“只可意會(huì)，不可言傳”的困境。針對此結(jié)合全息譜理論，提出利用全息譜分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)離心泵的運(yùn)行狀態(tài)量化，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)在診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)知維護(hù)維修。
關(guān)鍵詞：離心泵；全息譜理論；泵機(jī)維護(hù)維修；泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

0 引言
    在管道輸送中，保證泵機(jī)的良好運(yùn)行狀態(tài)是生產(chǎn)運(yùn)行的需要，更是安全運(yùn)行的需要，但在我國，目前泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)仍然停留在靠“聽”、“摸”等人體感官感知加經(jīng)驗(yàn)判斷的方法，用一句話來概括：識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)在模糊狀態(tài)中，可操作性不強(qiáng)。加之人的個(gè)體差異，在實(shí)際泵機(jī)維護(hù)中，形成“只可意會(huì)，不可言傳”的泵機(jī)維護(hù)維修困境，已經(jīng)不能滿足實(shí)際的工程需要，往往輕則會(huì)影響生產(chǎn)，重則帶來生產(chǎn)安全事故。

1 泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的本質(zhì)
    在目前的泵機(jī)維護(hù)維修中“聽其音，知其病”是最典型、最概況的總結(jié)，也是泵機(jī)運(yùn)行的本質(zhì)反映，因?yàn)椋脵C(jī)運(yùn)行的本質(zhì)是振動(dòng)，這一點(diǎn)可以從泵機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行中的受力分析得到證明，所以抓住泵機(jī)的振動(dòng)特征，也就抓住了泵機(jī)運(yùn)行的本質(zhì)問題。
    將泵機(jī)的振動(dòng)通過傳感器采集，便可以以信號處理的方法進(jìn)行分析，進(jìn)而可以以數(shù)字來量化泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將模糊的泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)量化，可以形成識(shí)別和判別的“度”。

2 機(jī)械故障診斷的全息譜理論
    全息譜理論由我國已故工程院院士屈梁生教授于20世紀(jì)80年代提出，之后的工程實(shí)踐中，全息譜理論經(jīng)受了實(shí)踐的考驗(yàn)，解決了許多工程中的難題，同時(shí)自身也得到了較為完備的發(fā)展，已經(jīng)成為機(jī)械故障檢測和診斷的有力工具。
2．1 全息譜理論簡介
2．1．1 全息譜理論的振動(dòng)傳感器安裝
    全息譜理論振動(dòng)傳感器采用正交安裝的方法，具體如圖1。

    從向量的正交分解原理可知道，圖1的傳感器安裝，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件振動(dòng)信息的全面采集，真正得到了振動(dòng)的全面信息。
2．1．2 基于全息譜理論的分析技術(shù)
    X、Y傳感器所測量的信號為同源信息(同一軸承軸承的不同方位信息)，以此為基礎(chǔ)，可以進(jìn)行如圖2的分析。
    從圖2可以看出，全息譜分析技術(shù)在常規(guī)的時(shí)域分析、頻域分析和趨勢分析的基礎(chǔ)上增加了全息譜(二維和三維)、全息瀑布圖、軸心軌跡分析以及時(shí)一頻域分析，全面以數(shù)量分析了軸承的啟動(dòng)與運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)了“度”的數(shù)量化。與Bently的全頻譜相比，具有明顯的故障分辨優(yōu)勢。
2．1．3 全息譜理論應(yīng)用的現(xiàn)狀
    全息譜的工程應(yīng)用得到的一系列經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的結(jié)論，諸如：轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子不對中、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、密封和間隙動(dòng)力失穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)分離、轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)聯(lián)接松動(dòng)、轉(zhuǎn)子與靜止件摩擦、轉(zhuǎn)軸橫向裂紋、喘振、轉(zhuǎn)子過盈配合件過盈不足等問題在全息譜分析中的數(shù)量度量特征，為全息譜的工程應(yīng)用提供了形象的數(shù)據(jù)依據(jù)。
    目前國內(nèi)全息譜的應(yīng)用主要集中在大型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，小型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的應(yīng)用尚沒有推廣，如離心泵的狀態(tài)檢測與故障診斷。但是，管道運(yùn)輸中離心泵被廣泛使用，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系輸油的生產(chǎn)運(yùn)行，更決定著管道運(yùn)行的安全，也是目前輸油泵維護(hù)維修的一大難題。

3 全息譜對泵機(jī)狀態(tài)的識(shí)別可行性
    信號分析理論和方法現(xiàn)在發(fā)展得已經(jīng)相當(dāng)成熟，傅里葉(Fourier)分析、小波(Wavelet)分析等已被廣泛應(yīng)用，同時(shí)，傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其相關(guān)計(jì)算軟件的發(fā)展，使泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的量化變得易于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)踐中，以Matlab為分析平臺(tái)，以傳感器采集數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的全息譜理論分析度量是完全可行的。
3．1 Matlab程序?qū)崿F(xiàn)分析
    依據(jù)文獻(xiàn)，以全息譜理論分析方法為依據(jù)，編制Matlab程序，將傳感器采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序，可得到檢測被檢測泵機(jī)的量化參數(shù)，具體如下例。
3．2 實(shí)例
    某一輸油泵軸承經(jīng)電渦流傳感器測得X、Y方向的時(shí)域波形如圖3所示，傅里葉分析得到頻譜如圖4所示，二維全息譜圖如圖5所示，二維全息譜的響應(yīng)參數(shù)如圖6所示，軸心軌跡如圖7所示。

    圖3～圖7，已經(jīng)將泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以數(shù)量的形式描述清楚且具體，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)的量化，結(jié)合泵機(jī)的轉(zhuǎn)速2 197 r／min，應(yīng)用全息譜理論，高次諧波，低次諧波組合諧波出現(xiàn)，軸心軌跡紊亂，是典型的動(dòng)靜部件碰磨特征，實(shí)際的檢修也證明了這一點(diǎn)。反過來講，在軸承的運(yùn)行中，運(yùn)行狀態(tài)的變化不是突變的，而是逐漸過程。在實(shí)際中只要定期檢測軸承的運(yùn)行狀況，以全息譜理論來分析和量化泵機(jī)的運(yùn)行實(shí)際狀況，可以將泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以具體的數(shù)量來度量，徹底改變泵機(jī)維護(hù)中“只可意會(huì)，不可言傳”的經(jīng)驗(yàn)維護(hù)，而且在培養(yǎng)維護(hù)維修人員時(shí)做到了有據(jù)可依，可以更快地培養(yǎng)高素質(zhì)維護(hù)維修技術(shù)人員。重要的是：如果在實(shí)際中能做到泵機(jī)狀態(tài)的量化，可以改變現(xiàn)行的泵機(jī)定期大修的傳統(tǒng)機(jī)制，做到診斷下的預(yù)知維修，這一點(diǎn)在生產(chǎn)運(yùn)行中可以大幅度降低大修成本，更重要的是可以預(yù)防安全事故的發(fā)生，如此其意義就重大了。

4 結(jié)論
    計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)為全息譜理論的應(yīng)用提供了技術(shù)和物質(zhì)保障，從工程應(yīng)用看全息譜理論經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)，將其診斷功能用在離心泵的狀態(tài)量化與識(shí)別上，可以實(shí)現(xiàn)離心泵機(jī)的預(yù)知維護(hù)維修，徹底改變傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)做法，可創(chuàng)造切實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。