离心泵叶轮不同故障下振动特性研究

摘要

随着离心泵的广泛应用，降低其运行能耗，提高运行安全性和可靠性，不仅具有巨大的经济价值，而且对提高国家泵产业发展水平具有重要的意义。近年来，对于离心泵故障的研究主要集中在故障的识别方面，而对于已经发生故障后离心泵振动特性的研究较少涉及。空蚀和磨损是离心泵叶轮常见的故障形式，本文采用理论分析和试验相结合的方法，对已发生空蚀和磨损故障叶轮的离心泵振动信号进行特征分析，以便提高离心泵高效可靠运行水平。因此，本文的主要研究成果和创新点有： 1、基于虚拟仪器技术，搭建了试验泵系统，采用 LabVIEW 图像化编程，通过计算机对试验进行采集和监测，实现了离心泵叶轮故障后振动信号动态特性的准确捕捉，其动态性能良好、采集数据精度高。 2、针对基于振动特性对空蚀故障识别的问题，通过时域、频域和时-频域分析方法对空蚀后离心泵进行振动特性分析。首次采用离心泵振动信号的均方根、峭度、峰值因子统计指标对故障后离心泵在振动强度、冲击波占比、尖峰度的角度进行研究，结果表明空蚀故障后振动峭度和峰值因子变化较大，同时根据泵的振动特性，可获得初步的识别基础。对频域上空蚀振动特征分析，采用最大熵谱估计频域分析方法，对空蚀后各频率层面的特征进行研究，同时可以对采集数据以外的频率点进行振动能量预测，结果表明可用轴向振动功率谱（PSD）变化作为空蚀的诊断点。为了对空蚀后不同时间下频谱进行分析，采用短时傅里叶（STFT）时-频方法对正常和空蚀后离心泵对比分析，发现空蚀后纵向频带（fBPF-2fBPF）内，振动能量明显大于正常叶轮振动能量且特征差别明显，可作为空蚀诊断的主要判断信息。 3、首次对不同磨损程度下离心泵叶轮振动信号进行分析，以提取不同程度磨损下振动特征。通过时域、频域和时-频域分析方法对不同磨损程度下离心泵进行振动特性分析，仍采用离心泵振动信号的均方根、峭度、峰值因子统计指标对不同磨损程度下离心泵在振动强度、冲击波占比、尖峰度方面进行研究。通过对磨损试验后振动信号分析，结果表明可将磨损后基座和轴向振动的峭度作为诊断点，并以此对磨损进行识别。频域上仍采用最大熵谱分析方法进行研究，结果表明振动信号在基座方向和轴向方向功率谱可作为频域上的诊断点。针对磨损后各个故障频率段，采用小波包时频分析方法对磨损深入分析，结果表明由于叶轮的磨损在基座方向和轴向方向出现剧烈振动，同时在纵向2 fBPF 处，磨损比正常状态能量比重较大而且差别较为明显，可作为磨损特征频率段。

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摘 要

ABSTRACT

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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1空蚀研究现状

1.2.2磨损研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 离心泵不同故障叶轮的试验设计

2.1试验模型与试验装置

2.1.1试验模型

2.1.2试验装置

2.2 LabVIEW和MATLAB程序的采集与处理

2.3试验误差分析

2.4本章小结

第三章 离心泵空蚀后振动信号特性分析

3.1离心泵空蚀试验

3.2测试信号分析

3.3测试结果时域特征分析

3.3.1均方根（RMS）分析

3.3.2峭度分析

3.3.3峰值因子C（P/R）分析验证

3.3测试结果频域特征分析

3.4测试结果时频特征提取

3.5本章小结

第四章 离心泵叶轮叶片进口磨损后振动特性分析

4.1磨损试验

4.2测试信号分析

4.3测试结果时域特征分析

4.3.1试验数据的均方根(RMS)分析

4.3.2峭度分析

4.3.3峰值因子C(P/R)分析

4.4测试结果频谱特征分析

4.5测试结果时频特征分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1研究总结

5.2研究展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的论文