泵阀故障仿真教学实验台运行机理解析

泵阀故障仿真教学试验台的运行原理实验台功能：

可以模拟泵浦、阀门、轴承、电机等复杂试验机构半实物：

1）可模拟滚动轴承内圈故障、外圈故障、滚珠故障、保持架故障、综合故障等；

2)可模拟轴承内圈故障、外圈故障、滚珠故障转子不平衡交流电机(RUM-1);

3)可模拟球阀、蝶阀、电磁阀、电动阀等多阀门泄露、卡滞故障；

4）可模拟支撑机构结构损伤、振动过大等异常故障；

5）电机最高转速：3000 RPM (短时间运行)

1.故障轴承

当机械故障（不平衡、不对中）引起的应力集中在轴承上时，轴承故障可能导致机械的灾难性故障，造成生产和效益的巨大损失。因此，了解轴承故障引起的振动现象对机械工程师来说是非常重要的。将状态受控的故障轴承一个接一个地安置在机器中，研究轴承故障引起的振动现象是非常重要的。

为此，可对不同类型的故障轴承进行如下详细研究。

轴承内圈故障(FBI-25)

内圈缺陷轴承，在轴承套圈上用字母“I”标记，图中所示为人为制造缺陷，内圈上有0.3mm裂纹。用户可以决定和订购裂纹尺寸（0.1-2毫米）或裂纹类型。

故障特征频率.:5.4254x

轴承外圈故障(FBO-25)

外圈缺陷轴承，在轴承套圈上用字母“O”标记，图中所示为人为制造缺陷，内圈上有0.3mm裂纹。用户可以决定和订购裂纹尺寸（0.1-2毫米）或裂纹类型。

故障特征频率.: 3.5746x

轴承滚动体故障(FBB-25)

滚珠故障轴承，在轴承套圈上用字母“B”标记，滚珠有3mm的剥落坑。

故障特征频率.:

2x故障特征频率.:4.657 x

轴承综合故障(FBC-25)

综合故障轴承，在轴承套圈上用英文字母“C”标记。

轴承故障是人为制造的，在内外圈上有0.3mm裂纹。

故障频率既有内圈特征频率，还同时伴有外圈特征频率。

轴承保持架故障(FBT-25)

在轴承套圈处用英文字母“T”标记。保持架频率或保持架故障频率是滚珠或滚子保持架组件的转速。它是一种故障轴承，它可以模拟轴承保持架故障，使轴承振动中出现低频调制的现象。

故障特征频率:0.397 x

转子不平衡的交流电动机(RUM-1)

转子不平衡电动机是有意不平衡的，改进型转子电动机已在内侧（联轴器侧）和外侧（下半部）安装了不平衡质量的转子。转子发火细菌类型正在使用生产者的平衡转子。图12红色圈中的质量故意为14gr。转子x2 = 28克。转子转速越高，由于质量不平衡而导致的离心力越大，这会引起较大的振动。

由于离心力f = mr（φ2，因此在1800 rpm时产生的力如下。

SHAPE \* MERGEFORMAT f = 0.028x 0.035 x (2(30)2=34.8 [N]

图1不平衡质量转子

故障阀门： 可以模拟多种阀门的故障，如球阀、蝶阀、电磁阀、电动阀等多阀门泄漏、卡滞故障；

具体的阀门故障类型如：蝶阀阀板内漏，电磁阀接头漏气，电动球阀卡滞（内部存在异物）。

蝶阀阀板内漏

电磁阀接头漏气

电动球阀卡滞（内部存在异物）

实验台组成结构：

电机，变频器，联轴器，支撑轴承，水循环泵组，PVC管道，流量计，球阀、蝶阀、电磁阀、水槽，压力调解阀，水位传感器，通信转换卡，上位机通信软件，指针压力表，上位机控制软件；

试验台技术参数：

1.储存罐：50L;

2.离心泵功耗：750W、大流量：200L/min、速度：2800min;

3.压力传感器：0...0.1巴;

4.控制阀：种类球阀、蝶阀、电动阀;

5.支撑轴承：UCPH205;

6.阀门内径：DN20mm；

7.滚动轴承类型：深沟球轴承；

8.轴承故障类型：内圈故障、外圈故障、滚珠故障、保持架故障、综合故障；

9.电磁流量计：精度1%显示；

10.PT100铂电阻:测温范围-：-50℃-200℃,测温精度：0.1℃,精度等级:A级;

11.实验台驱动动力输出:高效节能ABB三相交流电动机，功率1.5Kw，额定3600RPM;

12.电源输入保护:额定电流10A,配有过电流保险丝，具有电源滤波功能;

13.变频器频率范围：0-599Hz,额定输入：220V，50/60Hz,额定输出：3PH0-230V1.5KW;

14.转速调节模组:通过旋转TOCOS精密电位器，配合高阻值及低阻值调速旋钮对转速进行精确调节;

15.激光转速计数器传感器:采用漫反射激光转速计进行脉冲信号采集，最大采集距离130mm,最小检测目标直径0.04mm;

16.激光信号输出:电源电压：12-24VDC，响应时间：小于0.5ms，绝缘阻抗：20兆欧以上;

17.转速显示;传感器供电：12VDC±10%，80mA,绝缘阻抗：100兆欧以上,,数值实时显示，可切换Hz,RPM，显示范围0-99999，测量精度误差小于0.05%;

18.转速脉冲信号输出:BNC接线端子口，1V脉冲/转的5VTTL信号输出;

19.转子不平衡交流电机(RUM-1):高效节能ABB三相交流电动机，功率1.5KW，定子槽数36，20.转子条数28;转子不平衡量20g;不平衡配重块安装位置:电机转子驱动端侧；

试验台操作过程：（电控箱、PLC控制箱接入）

图2电控箱

将电机输入接线端与电控箱相连接。

将电控箱电源输入线插入拖线板上，打开总电源开关，合上安全磁吸开关，将电机启动开关打开。

通过电位器粗调和精调旋钮调节电机转速，至水泵正常出水。

电机的转速通过转速表实时显示。

注意事项：1. 确保电机的紧急停止开关处于弹出状态，否则电机不能启动。

确保一组磁吸开关处于吸附对应状态，否则电路保护不能启动。

（PLC仪表箱接线）

将PLC电控箱内的输入电源线连接插入脱线排。

将空开处于打开的状态。

将PLC的输入线与电脑主机的USB 端口相连接。

将面板上的急停按钮弹出。

关闭PLC接线箱子的上盖，此时绿色的电源灯常亮。

图3 PLC仪表箱子

7.更换故障备件方法

更换另一台电机的方法

松开电机底脚的四个螺栓，然后向后拉出电机。

松开连接在电机轴上的联轴器的固定螺栓，然后如图所示组装联轴器。

把将要更换的电机放在电机底座上，然后将其滑入联轴器的孔中。

不要将电机底角固定螺栓完全锁紧，然后启动电机大约在1200RPM运行时，通过调整电机的左右位置在振动和噪音最小的状况下，牢固地拧紧四个螺栓。

5.将联轴器的定位螺栓固定到电机轴上。

故障轴承更换：

将轴承单元两侧紧定螺丝松开。

将电机地脚螺丝松开取下，将电机放置在一侧。

将轴承单元模组整体取下，用活动扳手将轴承座螺栓松开，将轴承内圈上的两颗紧定螺栓松开，就可以将轴承从轴上滑动移开，将不同故障类型的轴承安装上，锁紧紧定螺栓。

将上述步骤反向，更换好想要测试的故障轴承类型，然后回转转子模块。

故障阀门更换：

用两把活动扳手将正常阀门四颗法兰螺丝松开取下，然后将正常阀门拆下。

把测试的故障阀门装入到管道中去，将四颗固定螺丝对角依次锁紧。

将水泵运行至正常转速，观察两端法拉是否漏水，如漏水将法兰螺丝再锁紧，直至不漏水为止。

8.水泵运行及操作步骤简介：

电源：单相AC 220V

气源：干燥洁净空气0.2-0.8MPa、1m³/min

环境温度：1~40℃

相对湿度：<85%

主要技术参数

试验流量： 　 10m³/小时

试验介质： 　 水

功率： 1.5KW

工作电源： 220V

流量： 200L/min

重量： ~260kg

实验方法

实验装置简图及流程图

（二）首先介绍个按钮的功能和使用方法：

电源指示：设备通电指示

急停：设备紧急停机开关

水泵开关：打开或关闭低压水泵

4、报警：设备报警灯

准备

设备接电，连接外部电源

2、水箱内注水

3、检查各部件连接是否紧固

连接驱动气源，气源压力0.6MPa

试验

1、设备接电后进入控制软件

2、确定各个连接之间无泄漏

3、打开出口各个阀门开关

4、打开水泵开关

软件内可调节电动球阀开口大小

试验完成后，关闭水泵

输出试验报告

控制软件介绍

1、启动

：按钮分别为启动、循环启动、停止

启动：启动控制软件

停止：停止控制软件

2、控制开关

气动阀：打开或关闭气动球阀

报警器：打开或关闭报警器

打印报告：打印试验报告WORD格式

试验参数显示

系统可显示实时压力、温度、流量、液位数据

电动球阀开口调节，可调节电动球阀开口大小

4、实验曲线

显示试验压力时间曲线

注意事项

严禁超压工作

试验前检查各部件之间连接是否紧固

水箱内注水后方可进行试验

水泵启动前需要关注引水

定期检查各部件连接是否紧固

长时间不用时排净水箱内液体