Experimental investigations of vibrations of centrifugal fire pump with the defect (unfastened shaft in a bearing seat)

• Autorzy: Larin A. N. , Larin A. A. , Ushapivsky I. L.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.34.2.2014.13

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne wibracji odśrodkowej pompy pożarniczej z defektem (luz między gniazdem łożyska a wałem)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Objective: The paper deals with the experimental investigations of the vibrations of the centrifugal fire pump with a hidden defect. The aim of the work is to identify the vibrational symptoms which accompany the operation of a fire pump with a defect (unfastened shaft in a bearing seat). This information is applicable for the technical diagnostics of the fire pumps in operation. Project and methods: The research consisted in a set of experimental tests of a centrifugal pump installed on the active fire engine. The experiments were carried out with the application of the measurement system “Ultra-V-I”. The system has a valid certificate of state metrological certification, issued in Ukraine, and allows to make measurements of vibration acceleration of the investigated object. All signals were spectrally analysed. The Fast Fourier Transform (FFT) was used for these procedures. A spectral analysis for transient regimes of vibrations was carried out with the application of short-time Fourier transform. Results: The changes in the spectrum and orientation of vibrations fire pump with the mentioned type of defect were identified. The analysis of the spectra of vibrations at the frequency of excitation of 2000 rpm in the vertical direction shows strong domination of 7 harmonic (233 Hz). Besides, the spectrum involves first (33.3 Hz), third (99 Hz) and fourth (133 Hz) harmonics of rotor rotation. However, the most important phenomenon consists in the presence of fraction harmonics in the spectrum, which in turn indicates system nonlinearities caused by loosening and contact impacts. These harmonics are 0.5 and 3.5 harmonics of rotor rotation (16.5 Hz and 116.6 Hz). A quantitative comparison shows that the largest vibration level is observed in the axial direction and the smallest one is observed in the horizontal direction. The comparison of vibrations of the defected and non-defected fire pumps shows that the defect makes an axial direction weaker and it leads to increasing axial vibration acceleration up to 80%. Vibrations in other directions are approximately the same in case of defected and non-defected pumps. Changes in the orientation angle of the vibrations ellipse trajectory were identified. Conclusions: The information about vibrational symptoms of the analysed type of hidden defect is useful in fire pumps technical diagnostics. This method will improve the quality of systems technical check-ups as well as their preventive maintenance. This in turn will contribute to the decrease in the amount of firefighting equipment left standing idle due to untimely repair works as well as prevent sudden failures of the utilised pumps.

PL

Cel: W artykule omówiono badania eksperymentalne wibracji pompy odśrodkowej, w której stwierdzono ukrytą wadę. Celem pracy jest określenie charakterystyk drgań mechanicznych, które towarzyszą pracy pompy z defektem (luz w gnieździe łożyska). Wiedza ta ma zastosowanie dla diagnostyki stanu technicznego użytkowanej pompy pożarniczej. Projekt i metody: Omawiana analiza polegała na wykonaniu szeregu testów eksperymentalnych na odśrodkowej pompie pożarniczej zamontowanej w uruchomionym samochodzie pożarniczym. Eksperymenty przeprowadzono z wykorzystaniem systemu pomiarowego „Ultra-V-1”, posiadającym ważny państwowy certyfikat metrologiczny wydany na Ukrainie i pozwalającym na wykonanie pomiarów przyspieszenia wibracji badanego urządzenia. Wszystkie sygnały poddano analizie widmowej z wykorzystaniem szybkiej transformacji Fourier. Analiza widmowa dla przebiegów przejściowych wibracji była dokonana przy użyciu krótko-czasowej transformaty Fouriera. Wyniki: Określono zmiany w widmie i kierunku wibracji pompy pożarniczej z danym typem defektu. Analiza widmowa wibracji przy częstotliwości wzbudzenia na poziomie 2000 obrotów na minutę w kierunku pionowym wykazuje silną dominację siódmej harmonicznej (233Hz). Ponadto w widmie obecne są pierwsza (33,3 Hz), trzecia (99 Hz) i czwarta (133 Hz) harmoniczne obrotu wirnika. Niemniej jednak najważniejszym odnotowanym zjawiskiem jest obecność dodatkowych składowych harmonicznych w spektrum dla niskich częstotliwości, co wskazuje na nieliniowość systemu, spowodowaną poluzowaniami i oddziaływaniami kontaktowymi. Są to harmoniczne 0,5 i 3,5 częstotliwości obrotu wirnika (16,5 Hz i 116,6 Hz). Na podstawie analizy porównawczej stwierdzono, iż największy poziom wibracji ma miejsce w kierunku osiowym, a najmniejszy – w kierunku horyzontalnym. Porównanie wibracji pompy pożarniczej z defektem i bez defektu wykazało, że defekt osłabia kierunek osiowy, a to powoduje zwiększenie przyśpieszenia drgań osiowych do 80%. Wibracje o innych kierunkach były zbliżone do siebie w przypadku pomp sprawnych i z uszkodzeniem. W toku badań zauważono zjawisko zmiany kąta orientacji trajektorii eliptycznej drgań. Wnioski: Przeprowadzone badania dotyczące analizy zmian drgań mechanicznych pompy odśrodkowej z ukrytym defektem. Otrzymane wyniki mogą zostać wykorzystane w procedurach diagnostyki technicznej pomp gaśniczych. Wykorzystanie tej metodyki badawczej przyczyni się do polepszenia przeglądów technicznych i zabiegów profilaktycznych, co z jednej strony wpłynie na zmniejszenie zastoju będącego skutkiem przeprowadzania prac naprawczych w nieodpowiednim czasie, a z drugiej strony pozwoli zapobiegać nagłym awariom użytkowanych pomp.

Słowa kluczowe

EN

fire pump; centrifugal pump; technical diagnostics; vibrational symptoms

PL

pompa pożarnicza; pompa odśrodkowa; diagnostyka techniczna; symptomy wibracji

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 2
• Strony: 133--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il.

Twórcy

autor

Larin A. N.

• National University of Civil Defence of Ukraine, address: Ukraine, 61023, Kharkiv, str. Chernishevskaya, 94

autor

Larin A. A.

• National Technical University “Kharkiv Polytechnical Institute”; address: Ukraine, 79000, Lviv, Kleparivska St., 35

autor

Ushapivsky I. L.

• Chief Directorate of the State Emergency Service of Ukraine in the Lviv region; address: Ukraine, 79008, Lviv, vul. Podvalnaya, 6

Bibliografia

• 1. ISO-10816-1-6 Mechanical vibration – Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating Parts.
• 2. Vodka A.A. Measurement system on the base of MEMS sensor, A.A. Vodka, A.I. Trubaiev, Yu.N. Ulianov, in: “Bulletin of the Volodymyr Dal Eastern Ukrainian National University”, Lugansk, 2012, Vol. 1 Issue 9, pp. 140-147.
• 3. Ulianov Yu.N. A system for vibration acceleration measurements on the base of MEMS sensor, A.A. Vodka, A.I. Trubaiev, Yu.N. Ulianov, in: Proceedings of the ІІІ International Scientific conference The problems of the transport technic and logistics, Evpatoria, Ukraine, 3-8 may 2012, p. 191.
• 4. Larin O.M., A diagnosis of the technical state of the support of fire pump by the spectra of its vibrations, O.M. Larin, O.O. Larin, V.V. Chigrin, “Science and Education a New Dimension: Natural and Technical Science”, Vol. 8 (2013), pp. 112-116.
• 5. Brigham, E. Oran, The fast Fourier transform and its applications, Englewood Cliffs Prentice Hall, New Jersey, 1988.
• 6. Oppenheim A.V.; Schafer R.W., Buck J.R., Discrete-time signal processing, Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 1999.
• 7. Jont B., Allen Short Time Spectral Analysis, Synthesis, and Modification by Discrete Fourier Transform, “IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing” Vol. 25 Issue 3, pp. 235–238.