CN106768752B - 一种离心泵内流激励振动分离装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种离心泵内流激励振动分离装置及试验方法，将电机轴与泵轴通过电磁联轴器连接，飞轮通过连接键与泵轴相连接，电机定子和水泵定子分别通过隔振器安装在基座上。通过动平衡试验来消除由于转子不平衡引起的机械振动。电磁联轴器断电瞬间，电机轴与泵轴完全脱开，泵转子在大惯性飞轮的带动下继续保持旋转，切断了转子途径的振动传递；电机定子和水泵定子分别通过隔振器安装在基座上，切断了定子途径的振动传递。此时，水泵仅在受流体激励的工况下运行，从而实现了流体激励的振动分离。本发明将驱动系统与水泵系统的定子和转子部分完全隔离，使水泵仅在流体激励的情况下运行，从而实现流体振动激励源的提取。

Description

一种离心泵内流激励振动分离装置及试验方法

技术领域

本发明涉及的是一种激励振动测试装置及方法，具体地说是离心泵的激励振动测试装置及方法。

背景技术

离心泵是一种输送流体或使流体增压的水力机械，将原动机的机械能转换为流体的机械能，以输送流体或者造成流体循环流动。不论是尖端技术，还是日常生活，离心泵都是不可或缺的一部分。离心泵的运行需要高效安全，避免振动噪声，振动噪声在一些特殊情况下是最为重要的一项质量指标。

离心泵振动的激励源包括流体激励、机械激励和电磁激励。离心泵的振动一般是由机脚或者电机、泵体附近的振动加速度进行评价。根据中国人民共和国机械行业标准GB/T29531-2013《泵的振动测量与评价方法》中的规定，泵的振动测量的主要测量点是轴承座处和靠近轴承座处，底座和管线法兰处作为辅助测点。根据该标准，以振动烈度作为判断振动的标准，把10-1000Hz范围内的振动速度的均方根值作为振动烈度的大小。该标准的优点是测量方案简单易行，可以从总体上反映和评价整个泵体的振动大小。但是，该方法也存在较大的缺陷，依据该标准测量得到的是在电磁、流体、机械等多种激励源综合诱导下产生的整体振动，无法提取单一因素对泵组振动的贡献度。因此，该标准只适合工程上的振动评价。而且在流体或电磁仿真计算中，只能反映出流体激励或电磁激励下的叶轮受力，缺失部分信息，所以仿真结果与现阶段使用的测试方法得出的试验结果对比误差较大。

经文献检索发现，对于泵的激励振动分离的研究多集中于理论分析，即通过信号处理技术对各个主要激励源进行分离和识别，而相应的试验研究相对较少。专利CN204113675《离心泵的解耦试验装置》采用分离解耦支架使得驱动电机和离心泵的基座相互独立，从而实现激励的振动解耦。但是这种方法的缺陷在于仅仅实现了电机与水泵定子的分离，而叶轮直接安装在电机轴上，电机的振动仍然可以通过转子途径传递到离心泵上，没有实现真正意义上的分离；文献《一种离心泵转子流动诱导振动的测量方法》分别测量离心泵带水运行和不带水运行时的转子振动，通过同相位幅值相减，消除了机械激励和电磁激励，得出流体单独激励下的转子轴心轨迹。这种方法假设带水和不带水运行时的电磁振动和机械振动不变，实际上两种工况下的电功率、转子附加质量等都有所不同，因此仅仅通过做差来提取流体激励会产生较大误差。

发明内容

本发明的目的在于提供将驱动系统与水泵系统的定子和转子部分完全隔离，使水泵仅在流体激励的情况下运行的一种离心泵内流激励振动分离装置及试验方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种离心泵内流激励振动分离装置，其特征是：包括电机、离心泵、储水罐、稳压管，储水罐连通稳压管，稳压管通过避震喉连接离心泵的入口，离心泵的出口连接储水罐，电机的定子以及离心泵的定子分别通过各自的隔振器安装在基座上，电机的轴与离心泵的轴通过电磁联轴器连接，离心泵的轴上安装惯性飞轮。

本发明一种离心泵内流激励振动分离装置还可以包括：

1、惯性飞轮两侧的离心泵轴上安装轴承座；惯性飞轮上加工有齿，通过磁性表座在惯性飞轮边缘位置设置磁电传感器，磁电传感器与齿的位置相对应；惯性飞轮上还设置有用于添加配重块的螺纹孔。

2、离心泵轴外部通过支撑架安装两个电涡流传感器，两个电涡流传感器位于离心泵轴轴径最大的一段上，两个电涡流传感器的探头成90度夹角分布；离心泵的机脚位置安装加速度传感器。

本发明一种离心泵内流激励振动分离试验方法，其特征是：

将电机和离心泵通过隔振器安装到基座上，调节电机和离心泵的高度使二者轴的同心，在离心泵的轴上通过键连接的方式安装惯性飞轮，在惯性飞轮两侧的离心泵轴上安装用来减小悬臂的影响轴承座，用电磁联轴器将电机轴和离心泵轴连接，在离心泵的机脚固定加速度传感器，通过磁性表座将磁电传感器固定在惯性飞轮的边缘位置，将磁电传感器的探头对准惯性飞轮的齿，距离不超过2mm，通过另外的磁性表座将两个电涡流传感器固定在离心泵轴的边缘位置，电涡流传感器的探头正对轴心，两电涡流传感器呈90°夹角，将加速度传感器、磁电传感器、电涡流传感器通过信号线连接到数据采集仪上；

在惯性飞轮上添加质量块来调整水泵在运转时的动平衡量，消除转子不平衡引起的机械激励，启动电机，并使电机达到其额定转速，随后将电磁联轴器断电，离心泵的轴与电机的轴分离，惯性飞轮带动离心泵轴旋转；采集加速度传感器、磁电传感器、电涡流传感器信号，对采集到的信号进行时域、频域分析，得到流体单独激励下的振动信息。

本发明的优势在于：

1、本发明利用电磁联轴器和惯性飞轮实现了流体激励物理分离，分析振动加速度信号和位移信号中流体激励源的贡献度，提取流体激励对泵组振动的影响权重，以便对流体激励力采取有针对性的减振降噪手段。

2、本发明利用电磁联轴器和飞轮实现离心泵流体激励的分离，整体结构简单、制造方便，且所使用材料均为普通材料，价格低廉。

附图说明

图1为本发明流体激励分离方法的流程图；

图2为本发明离心泵试验装置的原理示意图；

图3为本发明离心泵振动测量实验台的示意图；

图4为电涡流传感器的安装位置示意图；

图5为惯性飞轮示意图；

图6为电磁联轴器示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-6，本发明试验装置主要由驱动系统、水泵系统、管路系统、测试系统和分离系统组成。驱动系统由电机1组成，水泵系统由离心泵轴承4、泵盖5、泵体6、叶轮7等部分组成，测试系统由磁电传感器11、加速度传感器12和电涡流传感器13组成，分离系统由电磁联轴器2和飞轮4组成。储水罐连通稳压管，稳压管连接离心泵的入口，入口处安装避震喉，离心泵的出口连接储水罐。为了防止断电后电机的振动会通过公共基座传递到水泵系统上，驱动系统和水泵系统分别通过隔振器8弹性安装在基座9上，电机1的轴与离心泵的轴通过电磁联轴器2连接，离心泵的轴上安装惯性飞轮4。

电磁联轴器2为通电结合式的电磁联轴器，包括动盘16和衔铁17，动盘16外壳上设有电磁线圈，引出线15连接电磁线圈。联轴器2采用同轴安装方式，轴向必须固定，主动部分和从动部分均不允许有轴向窜动。在电磁联轴器2安装前必须清洗干净，去除防锈脂及杂物。若在尘埃较多的使用场合，可以选择采用防护罩。水泵稳定工作时，电磁联轴器2吸合；停泵时，电磁联轴器2断开，泵轴在大惯性飞轮4的带动下继续旋转，整个水泵系统与外界系统相互隔离，实现了流体激励的分离。

惯性飞轮4采用圆盘式，并通过连接键固定在泵轴上。电机出轴与水泵的出轴通过电磁联轴器相连，并在泵端连接惯性飞轮。由于飞轮盘需要有足够的惯量来维持联轴器断电后水泵的运行，对于普通的轴来说承重过大后会产生弯曲变形，形成悬臂结构，因此采取在飞轮两边安装轴承座3的方式来减轻飞轮盘对整个轴系的影响。惯性飞轮4加工有齿，如图5所示，用来测泵正常工作和在飞轮带动下转动的瞬时转速信号，在飞轮处布置磁电传感器，从而确定断电之后的有效测试时间。

飞轮在本装置中有三个作用：(1)水泵正常工作时，飞轮随泵轴转动储存能量。线圈断电时，所述电磁联轴器的动盘与衔铁分离，由于飞轮具有较大的转动惯量，将储存的能量释放出来，使泵轴的转速在一定时间内保持恒定。(2)飞轮盘上加工的齿用来测泵正常工作和在飞轮带动下转动的瞬时转速信号，从而确定断电之后的有效测试时间。(3)在飞轮盘上加工有一圈螺纹孔，用以在上面添加配重块，调整轴系的平衡量，从而消除由于转子不平衡引起的机械振动。

本发明在流体激励分离的情况下进行相关试验，具体包括：在飞轮处安装磁电传感器，用以实时跟踪联轴器断电之后飞轮维持泵轴旋转的瞬时转速。在泵转子的位置安装电涡流传感器，用以获取转子的径向位移。在泵正常运行时，转子的轴心轨迹是在电磁力、流体力和机械力的共同作用下产生的，而在电磁联轴器断开之后，转子的轴心轨迹仅由流体力诱导产生。在水泵的基座上安装加速度传感器，用以提取水泵由流体激励产生的振动信息。在泵正常工作的情况下，各点的加速度均是在多因素耦合作用下产生的，而在断电之后，水泵上的加速度仅由流体激励诱导产生。

需要注意的是由于一般的电机的输出功率与泵的额定功率相匹配，所以在此处选用的电机输出功率应稍大于原配电机。

基于以上所述的结构，本发明对离心泵流体激励特性分离解耦后的测试方法如下所述：

(1)在正式测试之前，通过在飞轮盘上添加配重块来调整转子的平衡量，从而消除由于转子不平衡引起的机械振动。

(2)磁电传感器11探头通过支架安装在飞轮盘的位置，通过飞轮上的齿测量得到泵轴的瞬时转速，从而确定断电之后的有效测试时间。

(3)将加速度传感器12布置在泵组机脚位置，以测试水泵的振动加速度，并分析其频率成分。正常运行过程中信号中同样包含电磁激励频率、流体激励频率和机械激励频率，断电之后，电磁激励(即电机电磁频率及其谐波)和机械激励(即联轴器不对中激励)随之消失，振动信号仅由流体激励诱导产生。

(4)电涡流传感器探头13通过支架安装在泵轴的位置，测试位置选取在轴径最大的一段轴上，两个电涡流传感器呈90°夹角分布，用以测得转子的径向位移并绘制轴心轨迹。断电之后转子的径向位移仅由流体激励诱导产生。

安装装置步骤：1、将电机和水泵通过隔振器安装到地面基础上；

2、调节电机和水泵的高度保证二者轴的同心度；

3、在水泵的轴上通过键连接的方式安装齿式飞轮盘；

4、在水泵的轴上安装轴承座来减小悬臂的影响；

5、用电磁联轴器将电机轴和水泵轴通过电磁联轴器连接；

6、在水泵的机脚及相应位置处用胶水固定加速度传感器。

7、通过磁性表座将磁电传感器固定在惯量盘的边缘位置，将探头对准齿，距离不超过2mm；

8、通过磁性表座将两个电涡流传感器固定在泵轴的边缘位置，探头正对轴心，两电涡流传感器呈90°夹角；

9、将各个传感器通过信号线连接到数据采集仪上。

分离方法步骤：1、通过在惯量盘上添加质量块来调整水泵在运转时的动平衡量，消除转子不平衡引起的机械激励；

2、启动电机，并使电机达到其额定转速；

3、电磁联轴器断电，动盘与衔铁分离，飞轮带动泵轴旋转；

4、对断电后的速度信号和位移信号进行采集；

5、运用信号处理的手段，对采集到的信号进行时域、频域分析，得到流体单独激励下的振动信息。

Claims (4)

1.一种离心泵内流激励振动分离装置，其特征是：包括电机、离心泵、储水罐、稳压管，储水罐连通稳压管，稳压管通过避震喉连接离心泵的入口，离心泵的出口连接储水罐，电机的定子以及离心泵的定子分别通过各自的隔振器安装在基座上，电机的轴与离心泵的轴通过电磁联轴器连接，离心泵的轴上安装惯性飞轮。

2.根据权利要求1所述的一种离心泵内流激励振动分离装置，其特征是：惯性飞轮两侧的离心泵轴上安装轴承座；惯性飞轮上加工有齿，通过磁性表座在惯性飞轮边缘位置设置磁电传感器，磁电传感器与齿的位置相对应；惯性飞轮上还设置有用于添加配重块的螺纹孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种离心泵内流激励振动分离装置，其特征是：两个电涡流传感器固定在离心泵轴的边缘位置，两个电涡流传感器位于离心泵轴轴径最大的一段上，两个电涡流传感器的探头成90度夹角分布；离心泵的机脚位置安装加速度传感器。

4.一种离心泵内流激励振动分离试验方法，其特征是：

将电机和离心泵通过隔振器安装到基座上，调节电机和离心泵的高度使二者轴的同心，在离心泵的轴上通过键连接的方式安装惯性飞轮，在惯性飞轮两侧的离心泵轴上安装用来减小悬臂影响的轴承座，用电磁联轴器将电机轴和离心泵轴连接，在离心泵的机脚固定加速度传感器，通过磁性表座将磁电传感器固定在惯性飞轮的边缘位置，将磁电传感器的探头对准惯性飞轮的齿，距离不超过2mm，通过另外的磁性表座将两个电涡流传感器固定在离心泵轴的边缘位置，电涡流传感器的探头正对轴心，两电涡流传感器呈90°夹角，将加速度传感器、磁电传感器、电涡流传感器通过信号线连接到数据采集仪上；

在惯性飞轮上添加配重块来调整水泵在运转时的动平衡量，消除转子不平衡引起的机械激励，启动电机，并使电机达到其额定转速，随后将电磁联轴器断电，离心泵的轴与电机的轴分离，惯性飞轮带动离心泵轴旋转；采集加速度传感器、磁电传感器、电涡流传感器信号，对采集到的信号进行时域、频域分析，得到流体单独激励下的振动信息。