CN106197851B - 一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹的测量装置及方法，包括试验装置系统、外接变频调速装置和轴心轨迹测量和分析系统；所述的试验装置包括悬臂式多级离心泵、管路系统、传感器支撑装置和稳压罐；外接变频调速装置包括变频器和控制回路；轴心轨迹测量系统包括数据采集系统和数据分析系统。数据采集系统包括传感器、数据采集卡和传输电缆，数据分析系统由计算机系统来担当。圆柱内螺纹工件取代紧固螺母，工件表面光滑平整、圆度较高且半径大于探头头部直径8倍。该装置可以在不改变悬臂式多级离心泵整体结构的基础上，能够准确测量并且输出悬臂式多级离心泵的轴心轨迹，实现不同转速、不同工况下的悬臂轴系振动信号的数据采集。

Description

一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置及方法

技术领域

本发明涉及旋转机械轴心轨迹的检测诊断领域，特别涉及一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹的测量方法。

背景技术

轴心轨迹通常利用轴系同一截面上两路相互垂直的振动位移信号合成轴心轨迹来监测旋转机械的运行状态和故障类型。轴心轨迹的图形特征，包括轨迹形状、稳定性和旋转方向等方面，是形象直观综合反映转子的实际运行状况的有效手段。悬臂式多级离心泵被广泛应用于国民经济各个领域，对于悬臂式多级离心泵结构，叶轮、导叶等主要零部件位于主轴双支承的外端，陀螺力矩所产生的回转效应(即陀螺效应)对转子部件的临界转速及转子稳定性等动力学特性所产生的影响不可忽略，鉴于其独特的结构形式，对悬臂式多级离心泵的振动研究显得尤为重要。

现有的针对双支撑旋转机械的轴心测量技术已经相当成熟，主要是基于电涡流传感器(分别安放于垂直的两个方向即X轴和Y轴上)对轴系在轴承外伸段的位移物理信号转换成模拟信号。但是对于悬臂式多级离心泵的轴心轨迹的测量还存在诸多缺陷，其特殊的结构不允许涡流传感器直接对悬臂轴自由端的轴心轨迹的直接测量，而且由于泵的叶轮通过叶轮螺母固定在悬臂轴段，自由端存在螺纹和螺母，轴自由端不光滑平整，存在严重的不圆度。另外，探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头的头部直径的8倍以上，否则传感器的灵敏度会降低，被测面积越小，灵敏度下降越多。所以，需要一种特殊的测量装置及方法来满足这一要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹的测量装置及方法方法，实现了对悬臂式多级离心泵的轴心轨迹的测量，进而全面的了解悬臂式多级离心泵轴系的振动情况，有效防止流体激振诱发的转子振动故障。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，包括试验装置系统、外接变频调速装置和轴心轨迹测量系统；

所述的试验装置包括悬臂式多级离心泵、管路系统、传感器支撑装置和稳压罐；所述悬臂式多级离心泵通过管路系统连接稳压罐共同构成循环水路；所述传感器支撑装置放置在悬臂式多级离心泵的电机一侧；

所述的外接变频调速装置包括变频器和控制回路，所述变频器通过控制回路与悬臂式多级离心泵的电机相连，以实现控制电机转速的目的；

所述的轴心轨迹测量系统包括数据采集系统和数据分析系统；所述数据采集系统包括涡流传感器、数据采集卡和传输电缆，所述数据分析系统由计算机系统来担当；所述涡流传感器将通过传输电缆与数据采集卡相连，所述数据采集卡又和轴心轨迹数据分析系统计算机系统相连接；所述轴心轨迹测量系统用于实现对轴心轨迹数据的采集并对采集的数据进行分析，包括对转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，提供关键的信息。

所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述悬臂式多级离心泵前端包括叶轮、导叶、泵轴、自吸盖板和不锈钢外壳；泵轴的前端依次设置有四片叶轮，四片叶轮穿过泵轴并用叶轮螺母紧固，四片导叶通过环形槽分别与相应的叶轮接合，不锈钢外壳覆盖在导叶外侧并留有间隙，不锈钢外壳与自吸盖板构成泵的自吸流道；对所述自吸盖板和不锈钢外壳加工两个相互垂直的测量圆孔，圆孔从外径贯穿到泵轴，并且保证两个测量孔的角度为90°±5°范围；测量圆孔的直径大于所述涡流传感器直径，并且两个圆孔位于垂直于泵轴的同一平面上。

所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述不锈钢外壳覆盖在导叶外侧并留有2mm间隙；测量圆孔的直径大于所述涡流传感器直径2mm。

所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述叶轮螺母用圆柱内螺纹工件取代，所述圆柱内螺纹工件穿过泵轴通过内部螺纹安装在泵轴的的前端，通过拧紧所述圆柱内螺纹工件紧固叶轮部件；所述圆柱内螺纹工件紧固之后预留3-5cm，不与自吸盖板发生碰触；所述圆柱内螺纹工件表面光滑平整、圆度较高且半径大于探头头部直径8倍。

进一步的，所述传感器支撑装置为多自由度的支撑架。

进一步的，所述位移振动传感器选择电涡流位移传感器，所述涡流传感器包括连接头、前置器和延长线。

一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1:将两个涡流传感器穿过悬臂式多级离心泵的不锈钢外壳和自吸盖板相互正交地安装在轴端的同一横截面上，安装时接数字万用表，使电压表在前置器上测得涡流传感器到轴端圆柱内螺纹工件的电压为-10V左右时，固定传感器在不锈钢外壳上，这样涡流传感器即安装于线性中点处；

S2：将悬臂式多级离心泵的电机尾端伸出轴段处贴上反光片，将键相光学传感器垂直安装与转子轴向垂直，并用传感器支撑架固定键相光学传感器；

S3：相互正交方向的涡流传感器将位移振动信号传输给数据采集卡，数据采集卡对信号进行调理，将位移振动信号转化为电压信号；键相光学传感器信号遇到反光片就产生一个脉动信号，监测记录转子的转速和作为每转一次的标记；

S4：数据采集卡将步骤S3中得到的电压信号传递给计算机系统的轴心轨迹分析系统，将相互正交方向的涡流传感器采集的时域图合成波形，再利用重构信号合成转子的轴心轨迹，将轴心轨迹信号进行各种运算、分析，并把结果显示、记录和回放。

所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量方法，将涡流传感器的测得振动信号进行FFT分析，获得主要频率分量的幅值、频率和相位，叠加得到相互正交方向的重构信号，并利用小波分析提纯悬臂式多级离心泵的轴心轨迹。

优选的，在步骤S3中利用所述的外接变频调速装置，设定不同的启停时间，不同的工作转速，以便全面测得悬臂式多级离心泵在不同工况下轴心轨迹信息。

优选的，对S3中所述的数据采集卡根据转子转速设定合适分辨率、采样频率和触发方式等。

优选的，步骤S4中测得信号进行FFT分析，获得主要频率分量的幅值、频率和相位，叠加得到相互正交方向重构信号，并利用小波分析提纯悬臂式多级离心泵的轴心轨迹。

本发明的有益效果：本发明根据悬臂式多级离心泵的特殊结构，在不改变整体结构的基础上，采取有效的轴心轨迹测量方法，在自吸盖板和不锈钢外壳上打孔，固定涡流传感器，将紧固螺母替换为圆柱内螺纹工件，连续准确地采集悬臂轴自由端振动转态的多种参数，监测转子的轴心轨迹并从整体上把握转子系统的状态和变化趋势，并且以二维图表的方式直接、准确地的给出转子当前的运行转态，提高了对悬臂式离心泵的稳定性的认识，也节约了人力成本。

附图说明

图1为本发明所述悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置整体结构图；

图2为本发明所述涡流传感器安装结构正视图；

图3为本发明所述涡流传感器安装结构左视图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图是实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，包括试验装置系统、外接变频调速装置和轴心轨迹测量系统；所述试验装置系统与轴心轨迹测量系统连接，又分别与外界变频调速装置连接，并通过轴心轨迹测量系统实现对悬臂式多级离心泵的轴系振动信号的采集。

所述的试验装置包括悬臂式多级离心泵9、管路系统2、传感器支撑装置4和稳压罐1；所述悬臂式多级离心泵9通过管路系统2连接稳压罐1共同构成循环水路；所述传感器支撑装置4放置在所述多级泵的电机一侧；所述悬臂式多级离心泵9是自吸卧式电机一体化多级离心泵，轴的前端依次设置有四片叶轮12，四片叶轮12通过叶轮螺母紧固在轴14的前顶端，四片叶轮12的径向外侧分别设置有相应的导叶11，导叶11外侧装有不锈钢外壳10和自吸盖板15构成泵的自吸流道，对所述自吸盖板15和不锈钢外壳10加工两个相互垂直的测量圆孔，保证两个测量孔的角度为90°±5°范围；所述测量圆孔的直径大于所述涡流传感器6直径2mm左右，并且所述圆孔位于垂直于轴14的同异平面上；所述紧固螺母用圆柱内螺纹工件13取代，所述圆柱内螺纹工件13表面光滑平整、圆度较高且半径大于探头头部直径8倍。圆柱内螺纹工件13长度足以覆盖轴上外螺纹，并留有一定余量，起到了紧固叶轮12的作用。圆柱内螺纹工件13长度不宜过长，防止接触到自吸盖板15。所述悬臂式多级离心泵9通过管路系统2连接稳压罐1共同构成循环水路；所述传感器支撑装置4放置在所述多级泵的电机一侧，所述支撑装置4为多自由度旋转支撑架。

所述的外接变频调速装置5包括变频器和控制回路，所述变频器通过控制回路与所述多级泵电机相连，以实现控制电机转速的目的。通过外接变频器设定所述多级离心泵的额定转速、基本频率及转速升降时间。

所述的轴心轨迹测量系统包括数据采集系统和数据分析系统。所述数据采集系统包括传感器6、数据采集卡7和传输电缆，所述数据分析系统由计算机系统8来担当。所述涡流传感器6将位移振动信号通过传输电缆传递给数据采集卡7，所述数据采集卡7又将信号传递给轴心轨迹数据分析端计算机系统8。

根据本发明提出的想法，一种悬臂式多级离心泵的轴心轨迹的测量方法，包括如下步骤：

S1:如图2，图3所示，将两个涡流传感器6穿过不锈钢外壳10和自吸盖板15相互正交安装轴端的同一横截面上，对于卧式多级离心泵传感器安装为水平和垂直方向。安装时接数字万用表，使电压表在前置器上测得涡流传感器6到轴端工件的电压为-10V时固定传感器在不锈钢外壳10上，这样传感器即安装于线性中点处。

S2：将悬臂式多级离心泵9的电机尾端伸出轴段处贴上反光片，将键相光学传感器3垂直安装与转子垂直，并用传感器支撑架4固定键相光学传感器3。根据现场情况可以随意调整键相光学传感器3的方位。

S3：相互正交的涡流传感器6将位移振动信号传输数据采集卡7，数据采集卡7对信号进行调理将位移振动信号转化为电压信号；键相光学传感器3信号遇到反光片就产生一个脉动信号，监测记录转子的转速和作为每转一次的标记。在数据采集中可以利用所述的外接变频调速系统5，设定不同的启停时间，不同的工作转速，以便全面测得悬臂式多级离心泵9在不同工况下轴心轨迹信息。

同时数据采集卡7可以根据转子转速设定合适的分辨率、采样频率和触发方式等。假设悬臂式多级离心泵9转速为2800r/min，想要测得稳态下的轴心轨迹，设定其同步采样率为128Hz，数据采样方式为每次采样采集10个样本，每个样本间隔时间为100ms，即1s内进行了10个样本的采集。如果测启停状态下的轴心轨迹，设定采样频率为2000Hz，采样的触发方式选择为转速低于10r/min停止测量。

S4：数据采集卡7将步骤S3中得到的电压信号传递给轴心轨迹分析端计算机系统8，将相互正交方向上的时域图的合成波形，再利用重构信号合成转子的轴心轨迹。将轴心轨迹信号进行各种运算、分析，将结果显示、记录和回放。计算机系统8将测得信号进行FFT分析，获得主要频率分量的幅值、频率和相位，相互正交方向上振动信号的主要频率成分为1倍频、2倍频、3倍频，叠加得到相互正交方向重构信号，并利用小波分析提纯悬臂式多级离心泵9的轴心轨迹。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为发明的具体实施例而已，并不限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，包括试验装置系统、外接变频调速装置(5)和轴心轨迹测量系统；

所述的试验装置包括悬臂式多级离心泵(9)、管路系统(2)、传感器支撑装置(4)和稳压罐(1)；所述悬臂式多级离心泵(9)通过管路系统(2)连接稳压罐(1)共同构成循环水路；所述传感器支撑装置(4)放置在悬臂式多级离心泵(9)的电机一侧；

所述的外接变频调速装置(5)包括变频器和控制回路，所述变频器通过控制回路与悬臂式多级离心泵(9)的电机相连，以实现控制电机转速的目的；

所述的轴心轨迹测量系统包括数据采集系统和数据分析系统；所述数据采集系统包括涡流传感器(6)、数据采集卡(7)和传输电缆，所述数据分析系统由计算机系统(8)来担当；所述涡流传感器(6)将通过传输电缆与数据采集卡(7)相连，将两个涡流传感器(6)穿过悬臂式多级离心泵(9)的不锈钢外壳(10)和自吸盖板(15)相互正交地安装在轴端的同一横截面上，安装时接数字万用表，使电压表在前置器上测得涡流传感器到轴端圆柱内螺纹工件(13)的电压为-10V左右时，固定传感器在不锈钢外壳(10)上，这样涡流传感器(6)即安装于线性中点处，所述数据采集卡(7)又和轴心轨迹数据分析系统计算机系统(8)相连接；所述轴心轨迹测量系统用于实现对轴心轨迹数据的采集并对采集的数据进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述悬臂式多级离心泵(9)前端包括叶轮(12)、导叶(11)、泵轴(14)、自吸盖板(15)和不锈钢外壳(10)；泵轴(14)的前端依次设置有四片叶轮(12)，四片叶轮(12)穿过泵轴(14)并用叶轮螺母紧固，四片导叶(11)通过环形槽分别与相应的叶轮(12)接合，不锈钢外壳(10)覆盖在导叶(11)外侧并留有间隙，不锈钢外壳(10)与自吸盖板(15)构成泵的自吸流道；对所述自吸盖板(15)和不锈钢外壳(10)加工两个相互垂直的测量圆孔，圆孔从外径贯穿到泵轴(14)，并且保证两个测量孔的角度为90°±5°范围；测量圆孔的直径大于所述涡流传感器(6)直径，并且两个圆孔位于垂直于泵轴(14)的同一平面上。

3.根据权利要求2所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述不锈钢外壳(10)覆盖在导叶(11)外侧并留有2mm间隙；测量圆孔的直径大于所述涡流传感器(6)直径2mm。

4.根据权利要求2所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量装置，其特征在于，所述叶轮螺母用圆柱内螺纹工件(13)取代，所述圆柱内螺纹工件(13)穿过泵轴(14)通过内部螺纹安装在泵轴(14)的前端，通过拧紧所述圆柱内螺纹工件(13)紧固叶轮部件；所述圆柱内螺纹工件(13)紧固之后预留3-5cm，不与自吸盖板(15)发生碰触；所述圆柱内螺纹工件(13)表面光滑平整、圆度较高且半径大于探头头部直径8倍。

5.一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1:将两个涡流传感器(6)穿过悬臂式多级离心泵(9)的不锈钢外壳(10)和自吸盖板(15)相互正交地安装在轴端的同一横截面上，安装时接数字万用表，使电压表在前置器上测得涡流传感器到轴端圆柱内螺纹工件(13)的电压为-10V左右时，固定传感器在不锈钢外壳(10)上，这样涡流传感器(6)即安装于线性中点处；所述圆柱内螺纹工件(13)穿过泵轴(14)通过内部螺纹安装在泵轴(14)的的前端，通过拧紧所述圆柱内螺纹工件(13)紧固叶轮部件；所述圆柱内螺纹工件(13)紧固之后预留3-5cm，不与自吸盖板(15)发生碰触；

S2：将悬臂式多级离心泵(9)的电机尾端伸出轴段处贴上反光片，将键相光学传感器(3)垂直安装与转子轴向垂直，并用传感器支撑装置(4)固定键相光学传感器(3)；

S3：相互正交方向的涡流传感器(6)将位移振动信号传输给数据采集卡(7)，数据采集卡(7)对信号进行调理，将位移振动信号转化为电压信号；键相光学传感器(3)信号遇到反光片就产生一个脉动信号，监测记录转子的转速和作为每转一次的标记；

S4：数据采集卡(7)将步骤S3中得到的电压信号传递给计算机系统(8)的轴心轨迹分析系统，将相互正交方向的涡流传感器(6)采集的时域图合成波形，再利用重构信号合成转子的轴心轨迹，将轴心轨迹信号进行各种运算、分析，并把结果显示、记录和回放。

6.根据权利要求5所述的一种悬臂式多级离心泵轴心轨迹测量方法，其特征在于，步骤S3中利用外接变频调速装置，设定不同的启停时间，不同的工作转速，以便全面测得悬臂式多级离心泵在不同工况下轴心轨迹信息。