本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機械軸心軌跡的檢測診斷領(lǐng)域，特別涉及一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡的測量方法。

背景技術(shù)：

軸心軌跡通常利用軸系同一截面上兩路相互垂直的振動位移信號合成軸心軌跡來監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機械的運行狀態(tài)和故障類型。軸心軌跡的圖形特征，包括軌跡形狀、穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)方向等方面，是形象直觀綜合反映轉(zhuǎn)子的實際運行狀況的有效手段。懸臂式多級離心泵被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，對于懸臂式多級離心泵結(jié)構(gòu)，葉輪、導(dǎo)葉等主要零部件位于主軸雙支承的外端，陀螺力矩所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)效應(yīng)(即陀螺效應(yīng))對轉(zhuǎn)子部件的臨界轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性等動力學(xué)特性所產(chǎn)生的影響不可忽略，鑒于其獨特的結(jié)構(gòu)形式，對懸臂式多級離心泵的振動研究顯得尤為重要。

現(xiàn)有的針對雙支撐旋轉(zhuǎn)機械的軸心測量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，主要是基于電渦流傳感器(分別安放于垂直的兩個方向即X軸和Y軸上)對軸系在軸承外伸段的位移物理信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。但是對于懸臂式多級離心泵的軸心軌跡的測量還存在諸多缺陷，其特殊的結(jié)構(gòu)不允許渦流傳感器直接對懸臂軸自由端的軸心軌跡的直接測量，而且由于泵的葉輪通過葉輪螺母固定在懸臂軸段，自由端存在螺紋和螺母，軸自由端不光滑平整，存在嚴(yán)重的不圓度。另外，探頭中心線與軸心線正交時，一般要求被測軸直徑為探頭的頭部直徑的8倍以上，否則傳感器的靈敏度會降低，被測面積越小，靈敏度下降越多。所以，需要一種特殊的測量裝置及方法來滿足這一要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡的測量裝置及方法方法，實現(xiàn)了對懸臂式多級離心泵的軸心軌跡的測量，進(jìn)而全面的了解懸臂式多級離心泵軸系的振動情況，有效防止流體激振誘發(fā)的轉(zhuǎn)子振動故障。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的。

一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置，包括試驗裝置系統(tǒng)、外接變頻調(diào)速裝置和軸心軌跡測量系統(tǒng)；

所述的試驗裝置包括懸臂式多級離心泵、管路系統(tǒng)、傳感器支撐裝置和穩(wěn)壓罐；所述懸臂式多級離心泵通過管路系統(tǒng)連接穩(wěn)壓罐共同構(gòu)成循環(huán)水路；所述傳感器支撐裝置放置在懸臂式多級離心泵的電機一側(cè)；

所述的外接變頻調(diào)速裝置包括變頻器和控制回路，所述變頻器通過控制回路與懸臂式多級離心泵的電機相連，以實現(xiàn)控制電機轉(zhuǎn)速的目的；

所述的軸心軌跡測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括渦流傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和傳輸電纜，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)來擔(dān)當(dāng)；所述渦流傳感器將通過傳輸電纜與數(shù)據(jù)采集卡相連，所述數(shù)據(jù)采集卡又和軸心軌跡數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)計算機系統(tǒng)相連接；所述軸心軌跡測量系統(tǒng)用于實現(xiàn)對軸心軌跡數(shù)據(jù)的采集并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括對轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機械問題的早期判定，提供關(guān)鍵的信息。

所述的一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置，其特征在于，所述懸臂式多級離心泵前端包括葉輪、導(dǎo)葉、泵軸、自吸蓋板和不銹鋼外殼；泵軸的前端依次設(shè)置有四片葉輪，四片葉輪穿過泵軸并用葉輪螺母緊固，四片導(dǎo)葉通過環(huán)形槽分別與相應(yīng)的葉輪接合，不銹鋼外殼覆蓋在導(dǎo)葉外側(cè)并留有間隙，不銹鋼外殼與自吸蓋板構(gòu)成泵的自吸流道；對所述自吸蓋板和不銹鋼外殼加工兩個相互垂直的測量圓孔，圓孔從外徑貫穿到泵軸，并且保證兩個測量孔的角度為90°±5°范圍；測量圓孔的直徑大于所述渦流傳感器直徑，并且兩個圓孔位于垂直于泵軸的同一平面上。

所述的一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置，其特征在于，所述不銹鋼外殼覆蓋在導(dǎo)葉外側(cè)并留有2mm間隙；測量圓孔的直徑大于所述渦流傳感器直徑2mm。

所述的一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置，其特征在于，所述葉輪螺母用圓柱內(nèi)螺紋工件取代，所述圓柱內(nèi)螺紋工件穿過泵軸通過內(nèi)部螺紋安裝在泵軸的的前端，通過擰緊所述圓柱內(nèi)螺紋工件緊固葉輪部件；所述圓柱內(nèi)螺紋工件緊固之后預(yù)留3-5cm，不與自吸蓋板發(fā)生碰觸；所述圓柱內(nèi)螺紋工件表面光滑平整、圓度較高且半徑大于探頭頭部直徑8倍。

進(jìn)一步的，所述傳感器支撐裝置為多自由度的支撐架。

進(jìn)一步的，所述位移振動傳感器選擇電渦流位移傳感器，所述渦流傳感器包括連接頭、前置器和延長線。

一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量方法，其特征在于，包含如下步驟：

S1:將兩個渦流傳感器穿過懸臂式多級離心泵的不銹鋼外殼和自吸蓋板相互正交地安裝在軸端的同一橫截面上，安裝時接數(shù)字萬用表，使電壓表在前置器上測得渦流傳感器到軸端圓柱內(nèi)螺紋工件的電壓為-10V左右時，固定傳感器在不銹鋼外殼上，這樣渦流傳感器即安裝于線性中點處；

S2：將懸臂式多級離心泵的電機尾端伸出軸段處貼上反光片，將鍵相光學(xué)傳感器垂直安裝與轉(zhuǎn)子軸向垂直，并用傳感器支撐架固定鍵相光學(xué)傳感器；

S3：相互正交方向的渦流傳感器將位移振動信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡對信號進(jìn)行調(diào)理，將位移振動信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；鍵相光學(xué)傳感器信號遇到反光片就產(chǎn)生一個脈動信號，監(jiān)測記錄轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和作為每轉(zhuǎn)一次的標(biāo)記；

S4：數(shù)據(jù)采集卡將步驟S3中得到的電壓信號傳遞給計算機系統(tǒng)的軸心軌跡分析系統(tǒng)，將相互正交方向的渦流傳感器采集的時域圖合成波形，再利用重構(gòu)信號合成轉(zhuǎn)子的軸心軌跡，將軸心軌跡信號進(jìn)行各種運算、分析，并把結(jié)果顯示、記錄和回放。

所述的一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量方法，將渦流傳感器的測得振動信號進(jìn)行FFT分析，獲得主要頻率分量的幅值、頻率和相位，疊加得到相互正交方向的重構(gòu)信號，并利用小波分析提純懸臂式多級離心泵的軸心軌跡。

優(yōu)選的，在步驟S3中利用所述的外接變頻調(diào)速裝置，設(shè)定不同的啟停時間，不同的工作轉(zhuǎn)速，以便全面測得懸臂式多級離心泵在不同工況下軸心軌跡信息。

優(yōu)選的，對S3中所述的數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定合適分辨率、采樣頻率和觸發(fā)方式等。

優(yōu)選的，步驟S4中測得信號進(jìn)行FFT分析，獲得主要頻率分量的幅值、頻率和相位，疊加得到相互正交方向重構(gòu)信號，并利用小波分析提純懸臂式多級離心泵的軸心軌跡。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明根據(jù)懸臂式多級離心泵的特殊結(jié)構(gòu)，在不改變整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采取有效的軸心軌跡測量方法，在自吸蓋板和不銹鋼外殼上打孔，固定渦流傳感器，將緊固螺母替換為圓柱內(nèi)螺紋工件，連續(xù)準(zhǔn)確地采集懸臂軸自由端振動轉(zhuǎn)態(tài)的多種參數(shù)，監(jiān)測轉(zhuǎn)子的軸心軌跡并從整體上把握轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的狀態(tài)和變化趨勢，并且以二維圖表的方式直接、準(zhǔn)確地的給出轉(zhuǎn)子當(dāng)前的運行轉(zhuǎn)態(tài)，提高了對懸臂式離心泵的穩(wěn)定性的認(rèn)識，也節(jié)約了人力成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明所述渦流傳感器安裝結(jié)構(gòu)正視圖；

圖3為本發(fā)明所述渦流傳感器安裝結(jié)構(gòu)左視圖。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖是實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種懸臂式多級離心泵軸心軌跡測量裝置，包括試驗裝置系統(tǒng)、外接變頻調(diào)速裝置和軸心軌跡測量系統(tǒng)；所述試驗裝置系統(tǒng)與軸心軌跡測量系統(tǒng)連接，又分別與外界變頻調(diào)速裝置連接，并通過軸心軌跡測量系統(tǒng)實現(xiàn)對懸臂式多級離心泵的軸系振動信號的采集。

所述的試驗裝置包括懸臂式多級離心泵9、管路系統(tǒng)2、傳感器支撐裝置4和穩(wěn)壓罐1；所述懸臂式多級離心泵9通過管路系統(tǒng)2連接穩(wěn)壓罐1共同構(gòu)成循環(huán)水路；所述傳感器支撐裝置4放置在所述多級泵的電機一側(cè)；所述懸臂式多級離心泵9是自吸臥式電機一體化多級離心泵，軸的前端依次設(shè)置有四片葉輪12，四片葉輪12通過葉輪螺母緊固在軸14的前頂端，四片葉輪12的徑向外側(cè)分別設(shè)置有相應(yīng)的導(dǎo)葉11，導(dǎo)葉11外側(cè)裝有不銹鋼外殼10和自吸蓋板15構(gòu)成泵的自吸流道，對所述自吸蓋板15和不銹鋼外殼10加工兩個相互垂直的測量圓孔，保證兩個測量孔的角度為90°±5°范圍；所述測量圓孔的直徑大于所述渦流傳感器6直徑2mm左右，并且所述圓孔位于垂直于軸14的同異平面上；所述緊固螺母用圓柱內(nèi)螺紋工件13取代，所述圓柱內(nèi)螺紋工件13表面光滑平整、圓度較高且半徑大于探頭頭部直徑8倍。圓柱內(nèi)螺紋工件13長度足以覆蓋軸上外螺紋，并留有一定余量，起到了緊固葉輪12的作用。圓柱內(nèi)螺紋工件13長度不宜過長，防止接觸到自吸蓋板15。所述懸臂式多級離心泵9通過管路系統(tǒng)2連接穩(wěn)壓罐1共同構(gòu)成循環(huán)水路；所述傳感器支撐裝置4放置在所述多級泵的電機一側(cè)，所述支撐裝置4為多自由度旋轉(zhuǎn)支撐架。

所述的外接變頻調(diào)速裝置5包括變頻器和控制回路，所述變頻器通過控制回路與所述多級泵電機相連，以實現(xiàn)控制電機轉(zhuǎn)速的目的。通過外接變頻器設(shè)定所述多級離心泵的額定轉(zhuǎn)速、基本頻率及轉(zhuǎn)速升降時間。

所述的軸心軌跡測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器6、數(shù)據(jù)采集卡7和傳輸電纜，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)8來擔(dān)當(dāng)。所述渦流傳感器6將位移振動信號通過傳輸電纜傳遞給數(shù)據(jù)采集卡7，所述數(shù)據(jù)采集卡7又將信號傳遞給軸心軌跡數(shù)據(jù)分析端計算機系統(tǒng)8。

根據(jù)本發(fā)明提出的想法，一種懸臂式多級離心泵的軸心軌跡的測量方法，包括如下步驟：

S1:如圖2，圖3所示，將兩個渦流傳感器6穿過不銹鋼外殼10和自吸蓋板15相互正交安裝軸端的同一橫截面上，對于臥式多級離心泵傳感器安裝為水平和垂直方向。安裝時接數(shù)字萬用表，使電壓表在前置器上測得渦流傳感器6到軸端工件的電壓為-10V時固定傳感器在不銹鋼外殼10上，這樣傳感器即安裝于線性中點處。

S2：將懸臂式多級離心泵9的電機尾端伸出軸段處貼上反光片，將鍵相光學(xué)傳感器3垂直安裝與轉(zhuǎn)子垂直，并用傳感器支撐架4固定鍵相光學(xué)傳感器3。根據(jù)現(xiàn)場情況可以隨意調(diào)整鍵相光學(xué)傳感器3的方位。

S3：相互正交的渦流傳感器6將位移振動信號傳輸數(shù)據(jù)采集卡7，數(shù)據(jù)采集卡7對信號進(jìn)行調(diào)理將位移振動信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；鍵相光學(xué)傳感器3信號遇到反光片就產(chǎn)生一個脈動信號，監(jiān)測記錄轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和作為每轉(zhuǎn)一次的標(biāo)記。在數(shù)據(jù)采集中可以利用所述的外接變頻調(diào)速系統(tǒng)5，設(shè)定不同的啟停時間，不同的工作轉(zhuǎn)速，以便全面測得懸臂式多級離心泵9在不同工況下軸心軌跡信息。

同時數(shù)據(jù)采集卡7可以根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定合適的分辨率、采樣頻率和觸發(fā)方式等。假設(shè)懸臂式多級離心泵9轉(zhuǎn)速為2800r/min，想要測得穩(wěn)態(tài)下的軸心軌跡，設(shè)定其同步采樣率為128Hz，數(shù)據(jù)采樣方式為每次采樣采集10個樣本，每個樣本間隔時間為100ms，即1s內(nèi)進(jìn)行了10個樣本的采集。如果測啟停狀態(tài)下的軸心軌跡，設(shè)定采樣頻率為2000Hz，采樣的觸發(fā)方式選擇為轉(zhuǎn)速低于10r/min停止測量。

S4：數(shù)據(jù)采集卡7將步驟S3中得到的電壓信號傳遞給軸心軌跡分析端計算機系統(tǒng)8，將相互正交方向上的時域圖的合成波形，再利用重構(gòu)信號合成轉(zhuǎn)子的軸心軌跡。將軸心軌跡信號進(jìn)行各種運算、分析，將結(jié)果顯示、記錄和回放。計算機系統(tǒng)8將測得信號進(jìn)行FFT分析，獲得主要頻率分量的幅值、頻率和相位，相互正交方向上振動信號的主要頻率成分為1倍頻、2倍頻、3倍頻，疊加得到相互正交方向重構(gòu)信號，并利用小波分析提純懸臂式多級離心泵9的軸心軌跡。

以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為發(fā)明的具體實施例而已，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。