基于全息譜的離心泵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)識別

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，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)。加之人的個體差異，在實(shí)際泵機(jī)維護(hù)中，形成“只可意會，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)?，泵機(jī)運(yùn)行的本質(zhì)是振動，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 全息譜理論的振動傳感器安裝
全息譜理論振動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)械部件振動信息的全面采集，真正得到了振動的全面信息。
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一頻域分析，全面以數(shù)量分析了軸承的啟動與運(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、油膜振蕩、密封和間隙動力失穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)分離、轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)聯(lián)接松動、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，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，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。