三叶沥青泵动静碰摩故障特征提取

2014/1/17 10:39:01      点击:

1.三叶沥青泵转子泵叶轮动静碰摩现象
三叶转子泵主要结构及其工作原理不再赘述。三叶转子泵是在二叶转子泵的基础上发展起来的,具有液体脉动小、振动小、噪声低、容积利用率高等优点。为了减少液体泄漏、提高输液效率,三叶型转子泵叶轮与墙板及壳体的间隙均较小,转子泵开始运行之后温度会变的较高,由于热胀冷缩动静件之间的间隙就会变小。当由于加工和安装的误差或者运行中操作不当就有可能造成叶轮与壳体或墙板发生碰摩,严重的动静碰摩可能会导致转子泵叶轮与壳体发生变形而使设备报废,造成极大的安全隐患与经济损失。因此对三叶转子泵叶轮动静碰摩故障做好早期监测与发现很重要。图1与图2分别为发生轻微碰摩和严重碰摩的三叶沥青泵转子。

            图1 沥青泵轻微碰摩叶轮                          图2 沥青泵严重碰摩叶轮
本文主要研究叶轮与壳体的碰摩。同一个叶轮的三个叶不一定同时和壳体发生碰摩当分别有1、2、3个叶与壳体碰摩的时候撞击频率分别表现为rd60、2n/60、3n/60,n为主动轴的转速,单位是转/分。最容易发生碰摩的是图中所示的1和2两点。
2.小波分析和EMD应用于三叶沥青泵叶轮动静碰摩故障特征提取
检测力华泵业型号为LH150的三叶沥青泵在试车时发生叶轮和壳体碰摩故障。该转子泵主动轴转速n为145rpm,轴频475Hz。用压电加速度传感器测振动信号,传感器安装在图中的2点所示的位置。采集到的时域波形,采样点数N=2000,采样频率fs=20000,从时域波形图上看不到明显的故障信息。
(a)小波分析提取故障信息
经反复试验选取小波基函数和小波分解尺度,发现用coill小波进行四层分解并重构可以较清晰地提取故障特征,结果如图4-19所示,可以看出第三层细节信号出可以较清晰的看出周期性冲击。对d3进行放大可以看出周期性冲击的存在,周期T=0.13l 3s,f=1/T=76.3Hz,f和3倍的轴频3fo=24.75x3=74.25Hz基本吻合,其误差:2.76% 这说明叶轮的三个叶与壳体都发生碰摩。所以应用小波分解可以提取出转子泵叶轮碰摩故障特征,但是要反复试验选取小波基函数与分解层数。
(b)EMD提取叶轮碰摩故障信息
对叶轮碰摩故障信号进行EMD分解,j=l层分解信号呈现周期性冲击,对j=l层分解信号进行放大,可以很清楚地看到周期性冲击,周期T=0.0133s,f=l/T=75.2Hz,f和3倍的轴频3fo=74.25Hz基本吻合,其误差:1.28% 这也说明叶轮的三个叶与壳体都发生碰摩。所以应用EMD分解也可以提取出转子泵叶轮碰摩故障特征,但是不需选择任何参数。
从以上分析可知,小波变换和EMD分解都可以提取转子泵转子碰摩故障信息,但EMD分解具有更大的优越性。
(1)应用小波分解并重构信号需选择合适的小波基函数和小波分解层数,否则结果可能不理想。但是至今小波基函数的选取仍缺少一定的规则,尤其对于缺乏经验的人来说更为困难;而EMD分解是自适应的,不需选取任何参数并能达到较好的效果。
j=l层EMD分解信号比细节信号d3所体现出来的冲击特征更加清晰;从计算结果来看,j=l层EMD分解信号比小波分解细节信号d3误差要小。
(2)EMD分解所提取出来的冲击特征更加明显,j=l层EMD分解信号比细节信号d3所体现出来的冲击特征更加清晰;从计算结果来看,j=l层EMD分解信号比小波分解细节信号d3误差要小。
通过以上分析可知:EMD分解相对于小波分析提取三叶沥青泵叶轮动静碰摩故障特征既方便又准确。当然这个结果也可以推广到其他的高粘度转子泵动静碰摩故障特征提取中去。

 

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