設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)在水泵運維中的應用研究

魏 琳，練俊君，田 波

(重慶川儀軟件有限公司，重慶 401121)

0 引言

水泵是一種用于液體輸送或使液體增壓的機械設備，廣泛用于船舶、石油化工、農(nóng)業(yè)水利、水處理等行業(yè)。作為日常生產(chǎn)生活的重要組成部分，水泵設備的故障檢測與診斷顯得尤為重要。常規(guī)的設備運維本質(zhì)上是一種事后維修，通常會降低水泵性能、減少設備使用壽命，造成經(jīng)濟損失，不利于行業(yè)發(fā)展[1]。

現(xiàn)代工業(yè)社會信息技術(shù)的快速發(fā)展，為水泵設備運維水平總體提升提供了技術(shù)支持。采用設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)能夠?qū)υO備運行的全生命周期內(nèi)進行狀態(tài)監(jiān)測，對潛在故障進行預警和預判，實現(xiàn)對水泵設備的主動性和預防性維護，能降低運維成本、保障設備可靠運行，為設備運維管理創(chuàng)造良好條件。

1 水泵特點

水泵作為液體輸送或液體增壓設備，種類繁多，其基本組成如下[1]。①葉輪：水泵核心部件，使水泵作用的液體獲取能量。②泵體：水泵主體，使葉輪封閉在一定的空間內(nèi)，并匯聚液體導向排出管。③密封環(huán)：防止泵體間的液體漏損，承受摩擦，延長葉輪和泵體的使用壽命。④軸封裝置：防止泵體內(nèi)的高壓液體漏出，同時防止泵體內(nèi)進入空氣。⑤平衡裝置：防止泵的轉(zhuǎn)動部分發(fā)生軸向傳動，減少磨損、發(fā)熱和振動現(xiàn)象。⑥軸承座：為軸承提供支撐。⑦聯(lián)軸器：連接泵軸和電機軸。

2 水泵設備運維現(xiàn)狀

泵發(fā)生故障是指其機械系統(tǒng)處于功能失常狀態(tài)，實際應用中水泵故障監(jiān)測主要面向?qū)ο笥校喝~輪、泵的轉(zhuǎn)軸、滾動軸承、密封裝置、潤滑油系統(tǒng)等。其中，泵的轉(zhuǎn)軸、滾動軸承和潤滑油系統(tǒng)的故障診斷是水泵故障監(jiān)測的難點之一。常用的故障診斷方法主要有：油液分析法、振動監(jiān)測和溫度監(jiān)測[2]。其中，油液分析法的對象是潤滑油油液本身和油中的細小微粒，通過對油液本身進行常規(guī)分析和對油中微粒進行光譜分析、鐵譜分析、微粒分析等，判斷已發(fā)生非正常磨損的部件及部件非正常磨損程度。振動監(jiān)測是大型機組設備故障監(jiān)測和診斷使用的主要方法，通常在故障發(fā)生后對振動引發(fā)的位移、速度、加速度變化進行測量。溫度監(jiān)測主要是對軸承溫度的變化進行測量，但溫度反應往往滯后，一般在軸承狀態(tài)發(fā)生異常后溫度才會上升，不利于早期故障監(jiān)測[3-4]。這類診斷方法均是在設備性能失效后才能起作用，不利于對設備早期異常情況的監(jiān)測。一旦設備發(fā)生故障，造成非計劃性停機，對人力、財力的損失都是巨大的。設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)因其主動性和預防性維修功能，為解決這一問題提供契機。

3 設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)

3.1 技術(shù)核心

設備內(nèi)部不同部件之間相互運動時會產(chǎn)生摩擦和沖擊。摩擦和沖擊會產(chǎn)生一種沿固體內(nèi)部各個方向沿著結(jié)構(gòu)體輻射傳導高頻超聲波能量脈沖。該信號即為應力波信號。研究表明，早期故障特征信號大多集中在由設備內(nèi)部金屬體發(fā)生周期性和隨機性摩擦和沖擊時引發(fā)的高頻信號范圍內(nèi)，設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)正是基于此類信號進行研究分析，實現(xiàn)對設備早期故障的監(jiān)測診斷。

設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷體系框圖如圖1所示。體系主要包括：傳感器、數(shù)據(jù)采集箱和分析軟件。傳感器采集現(xiàn)場設備內(nèi)部相互運動產(chǎn)生的信號，匯聚進入數(shù)據(jù)采集箱。數(shù)據(jù)采集箱將處理的多個傳感器信號通過以太網(wǎng)傳入服務器，由服務器上的分析軟件診斷分析設備監(jiān)測數(shù)據(jù)，了解設備運行狀況。

圖1 設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷體系框圖

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

①通過傳感器對設備運行的全生命周期進行實時在線監(jiān)測，能夠?qū)υO備的非正常狀態(tài)在早期作出判斷。

②可對設備運行狀態(tài)設定報警閾值，當設備運行異常時是可自動報警。運行狀態(tài)分為：設備運行正常、設備運行預警、設備運行故障。設備運行預警表示需要對設備進行檢維修，設備運行故障表示設備運行狀況正在劣化，可能有早期設備故障產(chǎn)生[5]。

③通過分析軟件對設備操作、設備環(huán)境參數(shù)進行趨勢統(tǒng)計分析，生成設備運行狀態(tài)趨勢報告。有了這些數(shù)據(jù)，設備管理人員可以提早半年制定設備維護或維修計劃，實現(xiàn)對設備健康管理和工廠資產(chǎn)運營的優(yōu)化。

4 設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)的應用

在某鋼廠的三臺水泵上，采用設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)對設備運行狀況進行監(jiān)測，主要完成內(nèi)容如下。

①選擇每臺水泵的耦合器、泵驅(qū)動端、泵非驅(qū)動端作為測點[6]，將傳感器安裝在與軸承座相連接的法蘭螺栓上。部署的數(shù)據(jù)采集箱和計算機通過傳感器從每臺水泵持續(xù)性地采集數(shù)據(jù)，構(gòu)建一套完整的設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷體系。

②設定每臺水泵運行狀態(tài)報警閾值，用于界定當前設備運行狀況。

③對每臺水泵運行的全生命周期內(nèi)進行實時在線

監(jiān)測。當設備運行預警時，及時對設備進行檢維修，避免非計劃性停機帶來重大損失。設備故障是一個逐漸發(fā)展的過程。當運行狀態(tài)繼續(xù)劣化進入運行故障時，表明在水泵循環(huán)運行過程中，一個早期的缺陷正在水泵部件形成。

鋼廠通過對設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)的應用[7-8]，實現(xiàn)對潛在故障的及早預警，使設備管理人員及早采取措施，減少和避免重大事故發(fā)生，降低維修費用，從整體上提升了工廠的設備運維能力。

5 結(jié)束語

本文中采用的設備全生命周期狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)對水泵運行的全生命周期進行監(jiān)測，對水泵整體性能進行故障診斷，并對水泵潛在故障及早發(fā)出預警，克服了常規(guī)故障監(jiān)測診斷技術(shù)如油液分析、振動監(jiān)測、溫度檢測等事后預警的缺點，實現(xiàn)對水泵設備運維的主動性和預測性維護功能。