專利名稱：一種離心泵轉子流動誘導振動的測量方法
技術領域：
本發明屬于與泵類機械轉子振動相關的技術領域，特指由泵內部復雜的非定常流動誘導的結構振動現象。
背景技術：
泵是重要的能量轉換裝置和流體輸送設備，其中離心泵應用最為廣泛。離心泵不僅應用在石油、化工、水利等工農業領域，而且是航空、艦船、潛艇等高技術領域的關鍵設備。離心泵在運行過程中會不可避免地產生振動，振動會影響離心泵運行的穩定性和安全性，并影響機器壽命。泵是重大工程的關鍵設備，盡可能地減小振動可以提高泵機組運行的可靠性，并可以降低重大事故的發生率，從而保證人身安全，避免國民財產遭受損失，具有重要的社會意義和經濟意義。目前，由于泵內部復雜流動產生的周期性載荷是導致振動的不可忽視的因素，并且更加難以控制，簡單地利用機械減振方法不能很好的消除，流動誘導 振動現象已經成為工程實際中亟待解決的問題，尤其在在隱蔽性很高的艦船和潛艇等國防設備領域。因此，為了深入分析離心泵轉子流動誘導振動特性，有必要對該振動信號進行瞬態的測量、采集和分析。為了解決這一問題，并能夠對泵轉子進行非接觸測量，新的測量系統和數據處理分析方法被提出。經檢索，關于泵類機械振動測量的專利有潛油電泵振動測試裝置，申請號200420074343 ;離心泵振動信號采集裝置，申請號200620029173 ;離心泵振動故障融合診斷方法及振動信號采集裝置，申請號200610017089。目前這些專利中，振動測量主要集中于泵殼體振動信號的采集，這種采集局限于泵的靜止結構，雖然測量相對方便簡單，但不能準確反映泵轉子振動的特性。同時，所采集的信號不能直接獲得單純由流動現象誘導的振動，而是包含了如機械原因產生的振動，因此，信號復雜、干擾多且不易于分析。還未見有關于泵轉子流動誘導振動測量的申報專利。
發明內容
本發明的目的是提出一種針對離心泵轉子流動誘導振動的瞬態非接觸測量和分析方法。該方法能夠實現對離心泵轉子由水力激勵導致的振動現象進行非接觸的測量和分析，在泵技術領域具有良好的實用價值和廣闊的應用前景，是目前泵類機械振動噪聲研究領域的前沿問題和關鍵技術。本發明的技術方案包括以下幾個方面(I)對待測離心泵的安裝和實驗回路的調整，以使待測離心泵能夠在各種要求的工況下正常運行。進出口的靜壓傳感器能夠對泵的揚程進行監測，出口壓力傳感器量程為表壓0-4bar，進口壓力傳感器為絕對壓力0-1. 6bar。安裝流量計能夠對泵的運行工況進行觀測，泵進口上游的控制閥能夠對泵的運行工況點進行調整。(2)選用與待測離心泵葉輪轉子材料相同的圓盤，利用校準機構對兩個電渦量傳感器分別進行靜態測量校準，繪制出兩個傳感器回路輸出電壓與測量距離的線性關系。校準機構將傳感器固定，將校準材料固定在可伸縮的螺紋桿上，通過旋轉螺紋桿，調整材料與傳感器的距離，獲得不同的電壓信號輸出，從而繪制校準曲線，一般校準點取20-30個。(3)在蝸殼上靠近葉輪口環位置兩個相互垂直的方向上安裝趨近式電渦量傳感器，同時，在轉軸處安裝電感應開關傳感器，并對傳感器的電路進行調試。通過兩個相互垂直的電感應傳感器實現對葉輪徑向平面上振動的測量，利用感應開關傳感器實現對葉輪轉子轉動相位的測量。通過將兩個方向的振動近好進行合成，得到平面上的測量軌跡。(4)對數據采集系統進行調試，并對采集的數據進行調理。采樣頻率設定為10kHz，對于低頻的振動信號，滿足乃奎斯特采樣定律。(5)在泵無水運行狀態下，對葉輪振動軌跡進行測量。該振動軌跡主要是由機械原因引起的，如葉輪口環處圓周加工的不精確、泵的軸承間隙、葉輪質量的不對稱等。該測量的目的是記錄下僅由這些不可避免的機械原因引起的振動，以便在后續測量中剔除出這些干擾量，以獲得僅由水力激勵產生的振動軌跡。(6)在泵帶水正常運行狀態下對轉子振動進行測量。(7)對上述測量的轉子振動的周期信號進行濾波，并根據校準曲線實現傳感器輸出電壓值和實際測量距離值的換算。(8)為了消除振動信號測量過程中可能產生的噪聲干擾和其他的測量不確定性，將多個周期的測量信號進行相平均計
算，得到在各個相位上平均的振動結果。(9)將各相位上帶水運行振動幅值與不帶水運行振動幅值相減，得到僅由水力激勵誘導的振動信號幅值。(10)將兩個垂直方向上分別測得的振動曲線轉化為平面上的振動軌跡，并計算得出二維平面上各時刻的振動相位，最終繪制出葉輪轉子徑向流動誘導振動曲線。本發明的有益效果是(I)由于采用了電渦量傳感器對葉輪轉子的振動量進行測量，從而實現了對轉子振動的無接觸測量，使得振動系統能夠方便地安裝在靜止的離心泵殼體上，無需使測量裝置與轉子進行旋轉，大大降低了測量的難度，同時又能保證對旋轉的轉子振動進行瞬態精確測量。(2)測量過程中對振動信號進行濾波能夠有效濾除實驗信號采集的噪聲干擾，提取出所需要頻率的流動水力激勵誘導的振動信號。此外，對周期振動信號進行相平均計算能夠有效地獲得周期性信號，消除數據采集中的振動信號奇異值。(3)通過對泵無水運行狀態下振動信號的測量，記錄了離心泵結構上存在的機械振動信號，這種由機械結構原因產生的振動是無法完全避免的，且在離心泵帶水正常運行時仍然存在，因此，通過將該信號進行剔除，則可獲得真正的僅由流動誘導的振動信號。
圖I為本發明測量分析方法的原理流程圖。圖2為離心泵轉子振動測量實驗臺的示意圖。圖3為趨近式振動傳感器校準裝置示意圖。圖4為趨近式振動傳感器系統校準曲線示意圖。圖5為趨近式電渦量傳感器的安裝示意圖。圖中1.距離測量儀；2.底座；3基座；4.螺紋桿；5.校準用圓盤；6.傳感器固定座；7.電渦量傳感器。圖6為振動測量實例的結果示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述本發明的工作過程為(I)對待測離心泵的安裝和實驗回路的調整，以使待測離心泵能夠在各種要求的工況下正常運行。圖2中，進出口的靜壓傳感器能夠測量和計算出泵的揚程變化，對泵的揚程進行監測；出口壓力傳感器量程為表壓0-4bar，進口壓力傳感器為絕對壓力0-1. 6bar。安裝流量計能夠對泵的運行工況進行觀測，泵進口上游的控制閥能夠對泵的運行工況點進行調整。(2)圖3中的校準裝置包括1.距離測量儀；2.底座；3基座；4.螺紋桿；5.校準用圓盤；6.傳感器固定座；7.電渦量傳感器。距離測量儀I用于控制螺紋桿4和校準用圓盤5的伸長距離，以精確控制校準用圓盤5與電渦量傳感器7的距離。同時，電渦量傳感器7固定在傳感器固定座6處。選用與待測離心泵葉輪轉子材料相同的圓盤，利用校準機構對兩個電渦量傳感器分別進行靜態測量校準，繪制出兩個傳感器回路輸出電壓與測量距離的線性關系。校準機構將傳感器固定，將校準材料固定在可伸縮的螺紋桿上，通過旋轉螺紋桿，調整材料與傳感器的距離，獲得不同的電壓信號輸出，從而繪制校準曲線，一般校準點取20-30個，如圖5所示。(3)在蝸殼上靠近葉輪口環位置兩個相互垂直的方向上安裝趨近式電渦量傳感器，安裝方式如圖5所示。傳感器和葉輪之間要留有適當的空隙，以適應葉輪不同的振動方向，但該空隙應保持在傳感器的測量范圍內。同時，在轉軸處安裝電感應開關傳感器，并對傳感器的電路進行調試。通過兩個相互垂直的電感應傳感器實現對葉輪徑向平面上振動的測量，利用感應開關傳感器實現對葉輪轉子轉動相位的識別。(4)對數據采集系統進行調試，并對采集的數據進行調理。采樣頻率設定為10kHz，對于低頻的振動信號，滿足乃奎斯特采樣定律。(5)在泵無水運行狀態下，對葉輪振動軌跡進行測量。該振動軌跡主要是由機械原因引起的，如葉輪口環處圓周加工的不精確、泵的軸承間隙、葉輪質量的不對稱等。該測量的目的是記錄下僅由這些不可避免的機械 原因引起的振動，以便在后續測量中剔除出這些干擾量，以獲得僅由水力激勵產生的振動軌跡。(6)在泵帶水正常運行狀態下對轉子振動進行測量。(7)對上述測量的轉子振動的周期信號進行濾波，并根據校準曲線實現傳感器輸出電壓值和實際測量距離值的換算。(8)為了消除振動信號測量過程中可能產生的噪聲干擾和其他的測量不確定性，將多個周期的測量信號進行相平均計算，得到在各個相位上平均的振動結果。O)將各相位上帶水運行振動幅值與不帶水運行振動幅值相減，得到僅由水力激勵誘導的振動信號幅值。由下式表示 A Sx，actuai ^x, wet Sx，。)(Sx，dry Sx，。) Sx，wet Sx，dryΔ Syj actual = (Syj0-Syjwet)-(Syj0-Syjdry) = Syjdry-Syjwet其中Sy and Sy,0表示振動傳感器與葉輪轉子在兩個方向上的初始距離;SX, dry和sy,dry表示泵不帶水運行條件下的測量距離；sx,wrt和sy,wrt表示泵帶水運行條件下的測量距離；Δ Sx, actual和Sy, actual表示葉輪流動誘導的振動值。(10)將兩個垂直方向上分別測得的振動曲線轉化為平面上的振動軌跡，并計算得出二維平面上各時刻的振動相位，最終繪制出葉輪轉子徑向流動誘導振動曲線，如圖6所示。
權利要求
1.一種離心泵轉子流動誘導振動的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 (A)對待測離心泵的安裝和實驗回路的調整； (B)利用校準機構對兩個電渦量傳感器分別進行靜態測量校準； (C)在蝸殼上靠近葉輪口環位置兩個相互垂直的方向上安裝趨近式電渦量傳感器，同時，在轉軸處安裝電感應開關傳感器； (D)對數據采集系統進行調試，并對采集的數據進行調理； (E)在泵無水運行狀態下，對葉輪振動軌跡進行測量； (F)在泵帶水正常運行狀態下對轉子振動進行測量； (G)進行信號濾波以及輸出電壓值和實際測量距離值的換算； (H)將多個周期的測量信號進行相平均計算； (I)將各相位上帶水運行振動幅值與不帶水運行振動幅值相減； (J)將兩個垂直方向上分別測得的振動曲線轉化為平面上的振動軌跡，并計算得出二維平面上各時刻的振動相位。
2.根據權利要求I中所述的一種離心泵轉子流動誘導振動的測量方法，其特征在于，所述步驟(I)的作用是消除了由機械原因引起的轉子振動，如葉輪口環處圓周加工的不精確、泵的軸承間隙、葉輪質量的不對稱等，從而得到僅由流體誘導的振動信號。
3.根據權利要求I中所述的測量分析方法，步驟(2)中的校準裝置包括1.距離測量儀；2.底座；3基座；4.螺紋桿；5.校準用圓盤；6.傳感器固定座；7.電渦量傳感器。其中，距離測量儀I用于控制螺紋桿4和校準用圓盤5的伸長距離，以精確控制校準用圓盤5與電渦量傳感器7的距離。同時，電渦量傳感器7固定在傳感器固定座6處。校準用圓盤5選用與待測離心泵葉輪轉子相同的材料。
全文摘要
一種針對離心泵轉子流動誘導振動的瞬態非接觸測量和分析方法，通過在蝸殼上靠近葉輪口環位置兩個相互垂直的方向上安裝經過校準的趨近式電渦量傳感器，實現在泵無水運行狀態下，對葉輪振動軌跡進行測量以及在泵帶水正常運行狀態下對轉子振動進行測量。通過將各相位上帶水運行振動幅值與不帶水運行振動幅值相減，得到僅由流體誘導的振動信號。將兩個垂直方向上分別測得的振動曲線轉化為平面上的振動軌跡，并計算得出二維平面上各時刻的振動相位，可直觀分析轉子在徑向方向的振動。
文檔編號F04D15/00GK102889216SQ20121035043
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者裴吉, 袁壽其, 王文杰, 袁建平, 司喬瑞, 陽君 申請人:江蘇大學