污水廠離心泵的故障分析及其消除方法

曹國(guó)曦

摘 要：離心泵廣泛應(yīng)用于冶金，采油，電力，水力，水處理等行業(yè)中，它的運(yùn)行狀態(tài)直接對(duì)工作效率與安全作業(yè)至關(guān)重要，而泵體經(jīng)常發(fā)生的故障之一就是設(shè)備產(chǎn)生了由于老化等原因造成的振動(dòng)，而這種振動(dòng)信號(hào)反映了泵體的運(yùn)行狀態(tài)信息。因此，加強(qiáng)對(duì)離心泵的維護(hù)與管理，防止故障的發(fā)生，具有十分重要的意義。文章旨在通過結(jié)合離心泵的工作原理和介質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)離心泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)消除各種故障從而保證其正常供水。

關(guān)鍵詞：離心泵；故障分析；消除方法

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）05-0099-02

生活污水處理工藝中離心泵是非常重要的設(shè)備。離心泵常有的故障就是振動(dòng)，而這種故障會(huì)導(dǎo)致一系列連鎖效應(yīng)，甚至?xí)?dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)的癱瘓以至于無法正常工作，給企業(yè)乃至社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。故障診斷為保證設(shè)備安全運(yùn)行的一種基本措施，能夠有效的預(yù)報(bào)設(shè)備的早期故障，以振動(dòng)信號(hào)作為水泵故障診斷的基礎(chǔ)，能夠有效判斷故障產(chǎn)生原因，分析故障并提出對(duì)策，對(duì)隱患進(jìn)行處理，以消除或是減少意外事故的發(fā)生。

1 針對(duì)生活污水處理離心泵的故障分析

離心泵是污水治理常用的一種水泵，作用在于在為整個(gè)水處理流程提供勢(shì)能或供壓。雖然理性泵種類繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。主要構(gòu)件為旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的泵殼。葉輪直接對(duì)液體做工，泵殼則為一蝸形轉(zhuǎn)能裝置。工作基本原理為：離心泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)使得離心泵在引力的作用下提升和輸送污水。

離心泵的故障一般包含兩個(gè)層面：一是由于離心泵的工作條件不正常而造成的離心泵系統(tǒng)偏離正常工作狀態(tài)，這類故障的常用解決方法為對(duì)調(diào)整離心泵參數(shù)；二是由于系統(tǒng)偏離正常的功能無法保證離心泵的基本功能。離心泵故障有以下兩種特點(diǎn)：①隨機(jī)性；②多層次性。

污水介質(zhì)來源復(fù)雜，其中包含大量纖維物、沙礫、塑料薄片和其他大量雜物。顆粒直徑大大超過一般的水處理系統(tǒng)介質(zhì)。所以，水泵一般設(shè)置在粗格柵后，但仍然還有直徑在20 mm以上的雜物會(huì)進(jìn)入泵體。

在工作過程中，水中沙礫會(huì)對(duì)泵葉有磨蝕的作用，而且介質(zhì)密度的升高會(huì)造成水泵經(jīng)常在過載情況下工作。纖維物會(huì)纏繞在水泵導(dǎo)葉或散熱通道上，體積較大的雜物甚至?xí)苯訉?duì)泵體造成堵塞情況。再由于介質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物較多，閑置的的水泵多數(shù)會(huì)有生物腐蝕和化學(xué)腐蝕發(fā)生。以上對(duì)水泵損壞均會(huì)導(dǎo)致水泵加速老化，繼而對(duì)水泵運(yùn)行的效率降低。

所以，用于生活污水治理的離心泵容易故障頻發(fā)。在條件允許的情況下應(yīng)該重點(diǎn)留意，噪聲、振動(dòng)、電流、溫度等指標(biāo)，同時(shí)降頻使用能讓機(jī)器故障率大幅減少。離心泵原理圖，如圖1所示。

2 離心泵振動(dòng)故障診斷方法

離心泵故障分析技術(shù)利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)準(zhǔn)確采集設(shè)備作業(yè)狀態(tài)時(shí)的各種信號(hào)，之后再去噪或變化頻譜，從而提取有效的信息，參照標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍分析故障及原因，采取有效手段解決故障。通常有以下幾種方法。

2.1 按診斷方法原理分類

按診斷方法原理可分為：頻域診斷法，時(shí)域診斷法，統(tǒng)計(jì)分析法，信息理論分析法。

①頻域分析法：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不同的部件以不同的頻率進(jìn)行振動(dòng)，表征某部件振動(dòng)特征的頻率成為該部件的頻率。一個(gè)部件的特征頻率有一個(gè)或多個(gè)。頻率幅值：是指部件在某一特征頻率上振動(dòng)的總能量。當(dāng)頻率幅值發(fā)生變化，就表明相應(yīng)的故障也在發(fā)展。通過對(duì)“特征頻率”和“頻率幅值”的分析，就可以準(zhǔn)確地判斷出故障發(fā)生的部位及嚴(yán)重程度。

②時(shí)域分析法：時(shí)域幅值分析法和時(shí)域波形分析法。時(shí)域幅值分析法研究信號(hào)幅值最大值和最小值，幅值的平均值和波動(dòng)程度，平均幅值等，并通過這些參數(shù)對(duì)故障進(jìn)行診斷。時(shí)域波形診斷法主要通過對(duì)時(shí)域波形形狀的分析，對(duì)特定的故障進(jìn)行診斷。

2.2 按檢測(cè)手段分類

按檢測(cè)手段分類：溫度檢測(cè)斷法，振動(dòng)檢測(cè)診斷法，噪聲檢測(cè)診法。

①振動(dòng)檢測(cè)診斷法：離心泵的動(dòng)態(tài)檢測(cè)有位移（振幅）、速度（烈度）、加速度（沖擊力）三個(gè)參數(shù)，高轉(zhuǎn)速機(jī)械或高頻振動(dòng)，利用加速度值來描述振動(dòng)烈度更準(zhǔn)確些，而對(duì)于低轉(zhuǎn)速或低頻振動(dòng)，利用位移值來描述振動(dòng)烈度更準(zhǔn)確

②溫度檢測(cè)斷法：軸承溫度是一般不能超過75度，在管線設(shè)計(jì)中，管線的設(shè)計(jì)溫度是不能超過泵的最大使用溫度的，否則會(huì)對(duì)泵造成損壞，所以，一旦離心泵軸承溫度超過這個(gè)范圍則表明存在故障。

3 離心泵振動(dòng)故障消除方法

3.1 振動(dòng)信號(hào)的采集

振動(dòng)信號(hào)的采集是利用各類傳感器把機(jī)器振動(dòng)時(shí)的響應(yīng)以電量的方式檢測(cè)出來，一般將響應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以便處理。

通常我們要在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行信號(hào)分析和處理，就必須把我們測(cè)量得到的時(shí)間歷程的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字量，因此，首先要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集和量化。

公式：X*（t）=X（t）*β（t）****

其中，X*（t）——采樣后的數(shù)字信號(hào)；

X（t）——被采樣的模擬量；

β（t）——采樣函數(shù)（脈沖函數(shù)）。

連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣后得到的離散信號(hào)X*（t），它對(duì)應(yīng)的頻譜是Z*（f）是原信號(hào)的同期開拓。如果模擬信號(hào)中含有高頻成分，則是我們需要排出的噪聲信號(hào)，采樣前利用抗混頻的前置低通濾波器，衰減和限制被采樣信號(hào)的最高頻率，使噪聲信號(hào)造成的誤差減小到最低。

解決頻混的方法：

①提高采樣頻率以滿足采樣定理，一般取到Fs=（2.56-4）Fmax；

②用低通濾波器過濾掉不需要的高頻成分。

3.2 信號(hào)處理

信號(hào)采集經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理使得故障診斷的結(jié)果才會(huì)更加可靠，再經(jīng)過信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，獲得用與故障分析的各種圖形，常用的振動(dòng)信號(hào)分析方法有以下幾種：波形分析法、軸心分析法、頻譜分析法等，其中，頻譜分析法是最常用的故障診斷方法。

我們這里通過使用C8051F340單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。C8051F340單片機(jī)自帶10位AD轉(zhuǎn)換器，能夠精確地將傳感器收集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。獲取相關(guān)數(shù)字信息后，再利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算與分析，現(xiàn)場(chǎng)可利用LCD顯示出大離心泵當(dāng)前工作狀態(tài)下的振動(dòng)強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)，有利于操作人員做出合理判斷。相關(guān)人員可以用U盤為存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與大量存儲(chǔ)功能。大大解決較高的采樣頻率與較慢的數(shù)據(jù)輸出之間的矛盾。并且，利用以按鍵顯示為主的人際交互系統(tǒng)，大大提高系統(tǒng)的可操作性。另外，在設(shè)備正常運(yùn)作時(shí)，收集正常工作的頻譜數(shù)據(jù)更加有利于故障判斷的準(zhǔn)確性。

3.3 數(shù)據(jù)分析方案

數(shù)據(jù)分析是對(duì)檢測(cè)儀記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出離心泵故障診斷報(bào)告的過程。之前通過傳感器收集到的各種振動(dòng)信號(hào)在轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)之后，我們需要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件，幫助我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的匯總分析，從而得出離心泵故障診斷報(bào)告。一般情況下，離心泵工作時(shí)其振幅維持在一定范圍之內(nèi)，但隨著水泵使用年限增加，操作人員沒有及時(shí)維護(hù)等原因，使得泵體運(yùn)行存在故障。因此，工作人員必須對(duì)水泵進(jìn)行維修使得其長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，泵體振動(dòng)烈度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值7.1 mm/s。

3.4 常見故障和解決方法

①故障：泵不吸水，壓力表及真空表的指針在劇烈擺動(dòng)。

原因：灌注引水不夠，管路或儀表連接處漏氣。

消除方法：再灌足飲水；檢查儀表接頭及封口；擰緊或修好漏氣處。

②故障：水泵不吸水，真空表表示高度真空。

原因：底閥沒有打開或淤塞，吸水管阻力太大，吸水管高度過高。

消除方法：校正并清洗底閥；清洗或更換吸水管，降低吸水高度。

③故障：轉(zhuǎn)子不平衡。

原因：材料質(zhì)量，加工，裝配以及運(yùn)行中多種因素都會(huì)造成轉(zhuǎn)子不平衡。

消除方法：轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡；修復(fù)，對(duì)位，消除松動(dòng)；除垢。

④故障：轉(zhuǎn)子不對(duì)中。

原因：初始安裝對(duì)中誤差；不同轉(zhuǎn)子受熱后的中心線升高量估計(jì)不準(zhǔn)確，造成冷態(tài)對(duì)中不準(zhǔn)；

消除方法：軸承架熱不均勻；管道力作用；即可變形或移位等。

⑤故障：軸彎曲。

原因： 轉(zhuǎn)子的固有缺陷，轉(zhuǎn)自不均勻受熱，預(yù)負(fù)荷過大，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)暖機(jī)不足等。

消除方法：軸永久性彎曲要校直軸，進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡；軸暫時(shí)性彎曲要充分暖機(jī)，不能進(jìn)行動(dòng)平衡。

⑥故障：繞組溫度過高。

原因：工作阻力增大或散熱能力下降。

消除方法：查看泵室及軸承腔，清除阻力來源，改良水泵散熱方式。

4 結(jié) 語

隨著故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，離心泵故障的監(jiān)測(cè)也變得越來越簡(jiǎn)便。我們希望通過之前的一系列方案設(shè)計(jì)以及具體的故障消除方法，及時(shí)排除腐蝕和雜質(zhì)對(duì)水泵造成的影響，幫助操作人員在工作中有效地監(jiān)測(cè)水泵的振動(dòng)故障并且排除以振動(dòng)故障為主的各種故障，將這些方法運(yùn)用于實(shí)際之中，從而保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

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