基于相空间重构离心泵基础振动的研究

第30卷第2期农业工程学报Vol.30No.2562014年1月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJan.2014基于相空间重构离心泵基础振动的研究蒋爱华1,2，周璞1，章艺1，华宏星2※（1.中国船舶重工集团公司第704研究所减振中心，上海200031；2.上海交通大学机械系统振动国家重点实验室，上海200240）摘要：确定离心泵基础振动主要影响参数的数量，有利于对基础振动影响参数进行分级并进一步指导低振动离心泵基础的设计。通过隔离电机、管道振动的离心泵试验台架，测试了基础上4个测点的振动位移；运用Tisean3.0通过Fraser互信息算法得出了各测点振动位移时间序列的最佳延迟时间，基于该延迟时间通过伪最近邻点法确定各测点振动时间序列的嵌入维数；最后基于所得最佳延迟时间与嵌入维数对离心泵基础振动时间序列进行了相空间重构，以确定所得延迟时间与嵌入维数的准确性。结果表明，虽然离心泵基础上同一平面内不同测点的振动位移时间序列时域信号不同，但在相空间的重构中具有相同的延迟时间与嵌入维数；不同长度的振动位移序列数据段得到相同的相空间重构参数，表明通过振动位移序列进行相空间重构以确定离心泵基础振动影响因素个数具有稳定性；离心泵基础振动位移时间序列在重构的相空间中具有明显吸引子存在，表明离心泵及其基础所组成系统具有确定的振动规律存在；所建立离心泵试验台基础振动的嵌入维数为4，表明其主要影响参数小于或等于4。关键词：离心泵；基础；振动；相空间重构；互信息法；伪最近邻点法doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.02.008中图分类号：TH312文献标志码：A文章编号：1002-6819(2014)-02-0056-07蒋爱华，周璞，章艺，等.基于相空间重构离心泵基础振动的研究[J].农业工程学报，2014，30(2)：56－62.JiangAi’hua,ZhouPu,ZhangYi,etal.Researchonbasevibrationofcentrifugalpumpbyphasespacereconstruction[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(2):56－62.(inChinesewithEnglishabstract)0引言离心泵应用广泛，其振动问题倍受关注。现有文献已经从离心泵内流场的计算[1-3]、流体激振力的分析[4-5]、转子振动的研究[6-7]、蜗舌对振动的影响[8-10]、汽蚀对振动的影响[11]、基于振动信号的离心泵故障诊断[12]等方面对其振动进行了研究。对离心泵基础的振动研究还相对较少，而该振动却影响所联接设备使用的可靠性以及所连接板壳结构辐射噪声，因此有必要作进一步研究[13]。通常离心泵与汽轮机或电动机等原动机安装于同一基础上，该基础振动包含了丰富的信息。通过对离心泵-原动机-基础系统建立动力学模型的方法可得出基础振动部分主要峰值的频率信息，但分析结果与实际测试结果仍然有较大差距，其原因一收稿日期：2013-05-26修订日期：2013-10-28基金项目：704所专项科研基金。作者简介：蒋爱华（1980－），男，博士，中国船舶重工集团公司第704研究所减振中心。上海中国船舶重工集团公司第704研究所减振中心，200031。Email:jiang198011@163.com※通信作者：华宏星（1955－），教授，博士生导师，上海交通大学机动学院。上海上海交通大学机械系统振动国家重点实验室，200240。Email:hhx@sjtu.edu.cn方面是模型中阻尼、刚度等参数难以准确给定，另一方面则是建立动力学模型需对系统有一定的简化，而无法将所有基础振动主要的影响参数均包含于模型内。影响离心泵基础振动的参数众多，无法明确主要影响参数已成为进一步降低离心泵基础振动与设计低振动基础的瓶颈。通过频谱峰值频率与离心泵机组工况对比虽可得知部分峰值产生的原因，但通常会有更多峰值无法得到合理解释，更无法得出离心泵基础振动主要的影响参数，因此需要采取新方法以解决该问题。而动力学系统任一变量的演化都与系统中其他变量的变化相互作用，通过动力学系统中某变量的时间序列可还原系统中其他变量的变化情况[14-16]。虽然现阶段还未查到将这种方法应用于设备基础的振动特性分析中，但泛函分析理论与基于时间序列的模型分析理论中早已证明其有效性。因此本文尝试通过相空间重构方法对离心泵基础振动时间序列进行分析，以进一步分析离心泵基础振动的影响参数个数，从而进一步降低、控制设备基础振动。第2期蒋