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1、綜合性實(shí)驗(yàn) 離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)
一. 目的要求
1. 了解離心泵噪聲的基本參數(shù)
2. 掌握離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
3. 了解和分析離心泵噪聲所表征的離心泵狀態(tài)。
二. 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備、工具及材料
名 稱
型 號(hào) 或 規(guī) 格
數(shù) 量
備 注
離心泵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
CEA-03
1
計(jì)算機(jī)
1
具有AC97聲卡
基于聲卡的離心泵噪聲采集與分析軟件包
1
自主研發(fā)
三. 實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)
現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)中,離心泵是應(yīng)用廣泛的旋轉(zhuǎn)機(jī)械,為避免泵帶病運(yùn)行和突然停泵造成的各種損失,需對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);同
2、時(shí),狀態(tài)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用。但是,離心泵的數(shù)量眾多和監(jiān)測(cè)裝置價(jià)格高昂,使得企業(yè)只能采用定期或不定期抽檢,對(duì)于絕大多數(shù)資金短缺的中小企業(yè)而言,泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)還在依靠人工和經(jīng)驗(yàn)。
隨著中小企業(yè)信息化的普遍興起,企業(yè)不僅需要泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化,還要數(shù)字化,更希望低成本和高準(zhǔn)確度。
1. 典型實(shí)驗(yàn)方案
基于聲卡的離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)符合應(yīng)用需求,特別是對(duì)于西部地區(qū)中小企業(yè),具有一定的推廣和實(shí)用價(jià)值。離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)涉及監(jiān)測(cè)方法與應(yīng)用效果的選擇,如振動(dòng)、SPM(沖擊脈沖測(cè)量)、聲音、聲發(fā)射、超聲波、溫度、扭矩、應(yīng)變、壓力、流量和電力監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。
振動(dòng)理論和大量實(shí)踐表明,當(dāng)機(jī)械內(nèi)部發(fā)
3、生異常時(shí),一般都會(huì)以振動(dòng)變化的形式表現(xiàn)出來(lái),并且每種機(jī)械故障都有其特定的振動(dòng)特征,每種振動(dòng)變化都相對(duì)應(yīng)著各自噪聲的頻率和功率的變化,信號(hào)波形突變點(diǎn)往往包含反映設(shè)備狀態(tài)的重要信息,通過(guò)傳感器把這些信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他物理量信號(hào),送入信號(hào)處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理后,得到反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè).同時(shí)也可以分析出設(shè)備的故障。
資料表明:離心泵噪聲監(jiān)測(cè)可以確定離心泵運(yùn)行狀態(tài)多個(gè)狀態(tài)參數(shù),適用于構(gòu)建工廠內(nèi)一臺(tái)或多臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷的周期巡檢系統(tǒng)(圖1)。
圖1基于聲卡的離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖
傳感變送
采集卡
(聲卡)
數(shù)據(jù)整理與分析
顯
4、示數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)存檔
決策建議
報(bào)表打印
計(jì)算機(jī)軟件儀表系統(tǒng)
在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,首先以離心泵振動(dòng)與噪聲監(jiān)測(cè)為入手點(diǎn),對(duì)于振動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè),可以采用聲音傳感器,如:高靈敏度駐極體話筒(咪頭),直接焊接到音頻電纜或屏蔽電纜,音頻電纜或屏蔽電纜的另一頭焊接到聲卡的通用接頭即可(圖2)。
圖2聲音傳感器
駐極體話筒(咪頭)
屏蔽電纜
聲卡接頭
平時(shí)把采集的各種離心泵在不同工況下的波形、功率譜和頻率建立數(shù)據(jù)庫(kù)存檔。將來(lái)在巡檢過(guò)程中,可將采集的波形、功率譜和聲音頻率和數(shù)據(jù)庫(kù)中的存檔內(nèi)容進(jìn)行比較,即可獲知離心泵是否處于正常工況
5、,若在非正常工況下也能立即知道故障的原因。
2. 利用PC聲卡實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
成品數(shù)據(jù)采集卡雖擁有完整的數(shù)據(jù)采集電路和與計(jì)算機(jī)的接口電路,但價(jià)格比較昂貴;隨著DSP(數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù)走向成熟,PC聲卡成為了一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PC聲卡同時(shí)具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能,價(jià)格低廉,兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用、驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)方便,并已成為PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配件。新一代的聲卡采用PCI總線技術(shù),解決了與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問題,能充分發(fā)揮DSP芯片的性能;使用DMA(直接內(nèi)存讀取)方式傳送數(shù)據(jù),CPU占用率極低;一般采用16位的A/D轉(zhuǎn)換精度,比通常12位A/D卡的精度高,對(duì)于許多工程應(yīng)用和科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)
6、說(shuō)性價(jià)比已較高了。
對(duì)于振動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè),傳感器將模擬信號(hào)接入PC聲卡即可。標(biāo)準(zhǔn)聲卡上通常有兩路Microphone模擬信號(hào)輸入,兩路線路輸入模擬信號(hào),在Midi/Game Port接口上也有兩路模擬信號(hào)輸入和八路數(shù)字信號(hào)輸入。輸入的振動(dòng)噪聲模擬信號(hào)最為簡(jiǎn)單的接入方式就是通過(guò)Microphone模擬信號(hào)輸入端口(噪聲較大)或Line In端口(噪聲較?。┙尤氲铰暱?,由聲卡內(nèi)部A/D系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換。
3. 噪聲數(shù)據(jù)采集和譜分析
進(jìn)行系統(tǒng)連線后,進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)采集,用戶界面見圖3,采集軟件可用LabVIEW7.0構(gòu)建。
圖3 噪聲數(shù)據(jù)采集和譜分析預(yù)覽部分的用戶界面
在測(cè)聲計(jì)算機(jī)軟件
7、中,重點(diǎn)關(guān)注各類頻率的出現(xiàn)峰值,特別是基頻和倍頻關(guān)系以及各主要頻率的振幅,是噪聲表征故障的主要方法。
4. 離心泵的常見故障及噪聲表現(xiàn)形式
(1)電動(dòng)機(jī)橇座支撐不穩(wěn)固
圖譜表現(xiàn)形式:有時(shí)頻譜圖上可能出現(xiàn)主導(dǎo)頻率是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率的0.5倍頻或3倍頻的譜線,振幅大于11.2 mm/s。這也是松動(dòng)的特征,需要檢查電動(dòng)機(jī)地腳螺栓松緊程度以及地腳、支撐槽鋼等是否穩(wěn)固。
(2)兩膠帶輪偏斜
圖譜表現(xiàn)形式:電動(dòng)機(jī)和離心泵的兩個(gè)膠帶輪出現(xiàn)偏斜,是出現(xiàn)頻次較多的一種故障,主導(dǎo)頻率是單根膠帶頻率的4、6、7、8倍頻,頻譜圖上顯示的膠帶頻率可能比計(jì)算的頻率稍低,這是受膠帶滑差率的影響。有時(shí)是某一倍頻的膠帶
8、頻率占主導(dǎo),或許會(huì)伴隨一些其它倍頻的膠帶頻率。
(3)曲軸軸向竄動(dòng)量過(guò)大
圖譜表現(xiàn)形式:主要是曲軸轉(zhuǎn)速的4倍頻,因此,在泵上測(cè)得主導(dǎo)頻率是4倍頻,并且振幅較大時(shí),往往對(duì)應(yīng)泵曲軸兩端軸承軸向間隙過(guò)大的故障。這種故障出現(xiàn)多次,由于泵振動(dòng)劇烈,與之連接的高壓管線也隨之振動(dòng),危害甚大。如果在電動(dòng)機(jī)和離心泵的頻譜上,主導(dǎo)頻率是膠帶的振動(dòng)頻率,電動(dòng)機(jī)的振幅在正常范圍內(nèi),而泵的振幅過(guò)高,超過(guò)11.2mm/s。。這種情況不是膠帶輪的偏斜故障,而是大膠帶輪軸向擺動(dòng)引起的。
(4)曲軸軸瓦間隙偏大
圖譜表現(xiàn)形式:曲軸軸瓦磨損導(dǎo)致間隙增大,在頻譜上主要出現(xiàn)曲軸轉(zhuǎn)頻的3、4、5、6、7倍頻,有時(shí)3倍頻是主導(dǎo)頻
9、率,有時(shí)5倍頻是主導(dǎo)頻率,其它倍頻分量的幅值一般比較低??梢酝ㄟ^(guò)比較個(gè)測(cè)點(diǎn)振幅及主導(dǎo)頻率幅值確定哪個(gè)軸瓦間隙大。由于泵的質(zhì)量大,振幅一般在7.1~11.2 mm/s之間,不會(huì)太大。
(5)電動(dòng)機(jī)軸承損壞
圖譜表現(xiàn)形式:電動(dòng)機(jī)軸承的測(cè)試與診斷,采用峰值能量gSE技術(shù),準(zhǔn)確可靠。軸承的故障共頻率可根據(jù)其外圈、內(nèi)圈、滾子直徑、滾子數(shù)目和轉(zhuǎn)速計(jì)算出。
內(nèi)圈故障頻率: fi=(D+dcosα)/2D×nfr
外圈故障頻率: fo=(D-dcosα)/2D×nfr
滾子故障頻率: fb=(D2-d2cos2α)/2D/d×fr
保持架故障頻率:fc=(D-dcosα)/2D×fr
上式中,D
10、為軸承節(jié)徑,d為滾子直徑,α為接觸角,n為滾子數(shù)目,fr是轉(zhuǎn)子頻率,Hz。
電動(dòng)機(jī)軸承外圈的故障頻率及其倍頻,表明軸承的外圈出現(xiàn)了故障。
(6)泵軸承的故障
圖譜表現(xiàn)形式:可利用下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算軸承的故障頻率
內(nèi)圈故障頻率: fi=(n/2+1.2)×fr
外圈故障頻率: fo=(n/2-1.2)×fr
滾子故障頻率: fb=1/2×(n/2-1.2/n)fr
保持架故障頻率:fc=(1/2-1.2/n)fr
(7)閥的故障
圖譜表現(xiàn)形式:主要是離心泵的轉(zhuǎn)頻及其倍頻,譜線幅值從低頻到高頻逐漸降低(排液閥損壞嚴(yán)重時(shí),其聲音可用起子搭在耳朵上聽出,圖譜表現(xiàn)不規(guī)則噪聲)。
(8
11、)安裝不對(duì)中
圖譜表現(xiàn)形式:徑向振動(dòng)大,有穩(wěn)定的基頻、2倍頻、3倍頻,尤其是2倍頻成分超過(guò)其它的成分,高次諧波成分少,軸向振動(dòng)大,時(shí)域波形為穩(wěn)定的周期波形。
(9)機(jī)械松動(dòng)
圖譜表現(xiàn)形式:徑向(特別是垂直方向)振動(dòng)大,除基頻成分以外,還有很大的倍頻成分,軸向振動(dòng)小,時(shí)域波形有不穩(wěn)定的非周期信號(hào)。
5. 離心泵的常見故障概率統(tǒng)計(jì)學(xué)參考
表1 離心泵的常見故障出現(xiàn)概率
故障原因
出現(xiàn)頻率
備注
軸承磨損
40%
外環(huán)、內(nèi)環(huán)
不對(duì)中
22.5%
不平衡
12.5%
機(jī)械松動(dòng)
10%
竄軸
10%
基礎(chǔ)松動(dòng)
5%
底座
四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和
12、步驟
1. 準(zhǔn)備:依照原理圖,連接測(cè)試實(shí)驗(yàn)線路。
2. 步驟:
(1) 打開計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
(2) 打開監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)軟件,啟動(dòng)離心泵。
(3) 按下按鈕(或松開按鈕)時(shí),將在顯示窗口得到各種頻率及其幅值關(guān)系。
(4) 截取和記錄輸出波形,并記錄于附表。
(5) 改變泵的操作狀態(tài),重新觀測(cè)曲線,并將結(jié)果記于附表。
3. 分析:按照觀測(cè)幅頻關(guān)系,以及常見故障及噪聲表現(xiàn)形式分析實(shí)驗(yàn)用泵的工作狀態(tài)。
五. 預(yù)習(xí)要求
1. 按裝置及儀器使用說(shuō)明書明確裝置及儀器各部件的作用和使用方法。
2. 估計(jì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的故障及檢查排除的方法。
3. 預(yù)習(xí)報(bào)告:提交原理、連線方法、實(shí)驗(yàn)步驟文本,數(shù)據(jù)記錄單。
六. 結(jié)論與思考;
1. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是基于怎樣的思想構(gòu)建的?
2. 離心泵的噪聲是如何體現(xiàn)其工作狀態(tài)的?
3. 怎樣進(jìn)行系統(tǒng)的校正?
七. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告
報(bào)告內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)方案的理論依據(jù),實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法,原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理結(jié)果,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。
1. 實(shí)驗(yàn)前選定兩臺(tái)離心泵,記下泵型號(hào)。
2. 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)記錄。
3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、討論和建議。
八. 附錄
1. 實(shí)驗(yàn)記錄表格(供參考)
泵型號(hào)
狀態(tài)監(jiān)測(cè)
圖譜
狀態(tài)分析
2. 注意事項(xiàng)