基于全息譜的離心泵機運行狀態識別

摘要：離心泵的維護與維修目前基本仍然采用經驗判斷和大修機制，泵機的運行狀態沒有具體的衡量標準，所以形成“只可意會，不可言傳”的困境。針對此結合全息譜理論，提出利用全息譜分析技術，實現離心泵的運行狀態量化，實現泵機在診斷的基礎上進行預知維護維修。
關鍵詞：離心泵；全息譜理論；泵機維護維修；泵機運行狀態

0 引言
在管道輸送中，保證泵機的良好運行狀態是生產運行的需要，更是安全運行的需要，但在我國，目前泵機的運行狀態仍然停留在靠“聽”、“摸”等人體感官感知加經驗判斷的方法，用一句話來概括：識別的標準在模糊狀態中，可操作性不強。加之人的個體差異，在實際泵機維護中，形成“只可意會，不可言傳”的泵機維護維修困境，已經不能滿足實際的工程需要，往往輕則會影響生產，重則帶來生產安全事故。

1 泵機運行狀態的本質
在目前的泵機維護維修中“聽其音，知其病”是最典型、最概況的總結，也是泵機運行的本質反映，因為，泵機運行的本質是振動，這一點可以從泵機結構及運行中的受力分析得到證明，所以抓住泵機的振動特征，也就抓住了泵機運行的本質問題。
將泵機的振動通過傳感器采集，便可以以信號處理的方法進行分析，進而可以以數字來量化泵機的運行狀態，將模糊的泵機運行狀態數量化，可以形成識別和判別的“度”。

2 機械故障診斷的全息譜理論
全息譜理論由我國已故工程院院士屈梁生教授于20世紀80年代提出，之后的工程實踐中，全息譜理論經受了實踐的考驗，解決了許多工程中的難題，同時自身也得到了較為完備的發展，已經成為機械故障檢測和診斷的有力工具。
2．1 全息譜理論簡介
2．1．1 全息譜理論的振動傳感器安裝
全息譜理論振動傳感器采用正交安裝的方法，具體如圖1。

從向量的正交分解原理可知道，圖1的傳感器安裝，可實現機械部件振動信息的全面采集，真正得到了振動的全面信息。
2．1．2 基于全息譜理論的分析技術
X、Y傳感器所測量的信號為同源信息(同一軸承軸承的不同方位信息)，以此為基礎，可以進行如圖2的分析。
從圖2可以看出，全息譜分析技術在常規的時域分析、頻域分析和趨勢分析的基礎上增加了全息譜(二維和三維)、全息瀑布圖、軸心軌跡分析以及時一頻域分析，全面以數量分析了軸承的啟動與運行信息，實現了“度”的數量化。與Bently的全頻譜相比，具有明顯的故障分辨優勢。
2．1．3 全息譜理論應用的現狀
全息譜的工程應用得到的一系列經過實踐檢驗的結論，諸如：轉子不平衡、轉子彎曲、轉子不對中、油膜渦動、油膜振蕩、密封和間隙動力失穩、旋轉分離、轉子支撐系統聯接松動、轉子與靜止件摩擦、轉軸橫向裂紋、喘振、轉子過盈配合件過盈不足等問題在全息譜分析中的數量度量特征，為全息譜的工程應用提供了形象的數據依據。
目前國內全息譜的應用主要集中在大型的旋轉機械，小型旋轉機械的應用尚沒有推廣，如離心泵的狀態檢測與故障診斷。但是，管道運輸中離心泵被廣泛使用，其運行狀態關系輸油的生產運行，更決定著管道運行的安全，也是目前輸油泵維護維修的一大難題。

3 全息譜對泵機狀態的識別可行性
信號分析理論和方法現在發展得已經相當成熟，傅里葉(Fourier)分析、小波(Wavelet)分析等已被廣泛應用，同時，傳感器技術、計算機技術及其相關計算軟件的發展，使泵機運行狀態的量化變得易于實現。在實踐中，以Matlab為分析平臺，以傳感器采集數據為基準，實現泵機的全息譜理論分析度量是完全可行的。
3．1 Matlab程序實現分析
依據文獻，以全息譜理論分析方法為依據，編制Matlab程序，將傳感器采集的數據導入程序，可得到檢測被檢測泵機的量化參數，具體如下例。