熱成像技術(shù)在水泵健康管理中的應用

胡嘉瑋

摘要：水泵故障的發(fā)生，通常伴隨著熱輻射變化。基于這種認識，本文提出在水泵健康管理中采用熱成像技術(shù)，并結(jié)合實例對熱成像技術(shù)應用情況展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：熱成像技術(shù) 水泵 健康管理

引言

在水泵健康管理方面，過去主要根據(jù)水泵流量、承壓、電機電壓等參數(shù)進行設備健康水平的模糊評判，無法實現(xiàn)水泵故障的準確判斷和檢修。為提高水泵健康管理水平，還要加強熱成像技術(shù)的應用，結(jié)合水泵熱圖像實現(xiàn)故障隱患及位置的準確判斷，為設備檢修維護工作的開展提供科學數(shù)據(jù)支撐。因此，需要加強熱成像技術(shù)在水泵健康管理中的應用分析，從而對水泵健康狀態(tài)進行科學管理。

1熱成像技術(shù)概述

熱成像技術(shù)其實就是利用紅外熱像儀對物體表面輻射紅外線進行接收和分析的技術(shù)，能夠?qū)⒌玫降募t外線信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而對物體熱圖像進行顯示。根據(jù)熱力學理論，絕對溫度在OK以上的物體都會發(fā)生熱輻射。在物體內(nèi)部分子運動的過程中，會向外輻射出紅外線。根據(jù)物體這一特性，采用熱成像技術(shù)能夠以非接觸方式對物體紅外能量進行探測。在實際工作過程中，紅外熱成像儀會利用物鏡對物體表面輻射紅外能進行接收，并且利用光學系統(tǒng)實現(xiàn)紅外能匯聚，使接收到的紅外線得以在系統(tǒng)焦點上聚集。利用探測器，能夠?qū)崿F(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，將紅外能轉(zhuǎn)換為電能經(jīng)過系列的電信號處理可以在顯示器上進行熱圖像生成，并顯示相應溫度值。利用相關(guān)軟件，可以完成熱圖像及溫度值的分析和計算。從技術(shù)應用特點來看，設備應具備320x240以上像素，分辨率不超過0.1℃，空間分辨率較小，對變化溫度具有較高的探測精度和較廣探測范圍。

2熱成像技術(shù)在水泵健康管理中的應用分析

2.1水泵健康管理分析

水泵在制水、供熱等各種工程中得到了應用，是輸送流體或使其增壓的機械設備，在運行過程中可能發(fā)生徑向力不平衡、堵塞、污染等問題，造成設備出現(xiàn)故障或老化，引起設備動作緩慢或不動作。加強水泵健康管理，能夠通過及時解決設備運行問題使設備保持健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定運行。作為機電類產(chǎn)品，水泵在運行的過程中將受到周圍環(huán)境溫度、自身振動、流體流量載荷等各種因素的影響，導致水泵發(fā)生轉(zhuǎn)子不對中、繞組發(fā)熱等各種故障。單純依靠設備振動信號進行故障診斷，由于設備主要依靠非線性輸出模式，得到的信號數(shù)據(jù)將受到電源波動、噪聲等各種因素交織化影響，給水泵故障判斷帶來一定困難。因此想要實現(xiàn)水泵健康管理，需要結(jié)合進一步加強水泵健康狀態(tài)的分析與判斷。

2.2熱成像技術(shù)應用思路

在水泵健康狀態(tài)判斷方面，應用熱成像技術(shù)可以對設備存在的異常和缺陷進行判斷，幫助人員及時發(fā)現(xiàn)設備故障部位。應用該技術(shù)，具有直觀、安全、可靠和實時的特點，與設備其他故障診斷技術(shù)結(jié)合在一起，能夠及時發(fā)現(xiàn)設備存在的運行隱患，為設備健康狀態(tài)的調(diào)節(jié)提供可靠依據(jù)。在正常運行的過程中，水泵設備在電流和電壓作用下會產(chǎn)生一定熱量。而一旦發(fā)生故障，在環(huán)境和自身作用下，水泵零部件之間將產(chǎn)生一定溫差。采用熱成像技術(shù)進行水泵溫度異常變化的檢測，能夠通過熱圖像上溫度讀數(shù)對設備故障發(fā)生部位和原因進行判斷，從而使水泵內(nèi)部故障缺陷得到準確反映。實際應用熱成像技術(shù)進行水泵運行狀態(tài)分析時可知，在水泵內(nèi)部零部件發(fā)生故障時，紅外熱圖將顯示出以故障點為核心的熱場分布。通常情況下，水泵發(fā)熱過程較長，與故障點接觸的流體會形成熱傳導和對流輻射，使水泵內(nèi)部熱量不斷傳遞至外殼，導致設備外表面熱場分布發(fā)生變化[2]。在穩(wěn)定發(fā)熱的情況下，熱圖像中將以局部過熱形態(tài)向周圍進行紅外線的輻射，因此能夠?qū)峁收线M行直觀判斷，確定水泵存在故障隱患的部位，并且能夠?qū)收铣潭冗M行判斷分析。

2.3熱成像技術(shù)具體應用

2.3.1應用方案

為加強水泵健康管理，上海城投水務（集團）有限公司的制水分公司在下屬泵站管理方面，引入了熱成像技術(shù)，實現(xiàn)了水泵健康管理系統(tǒng)平臺的建設。在水泵管理方面，泵站主要通過熱成像攝像頭進行水泵運行監(jiān)測，獲得水泵軸承、電機和泵體等位置的溫度。為加強水泵自動化管理，將熱成像分析軟件與泵站自動化系統(tǒng)對接，將得到的數(shù)據(jù)自動傳輸至水泵健康管理系統(tǒng)上，完成水泵運行過程中溫度參數(shù)的記錄。而水泵的健康管理系統(tǒng)中同時包含其他系統(tǒng)，如振動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)λ迷O備振動頻譜進行獲取對水泵運行各種狀態(tài)參數(shù)信息進行綜合判斷，能夠加強水泵健康狀態(tài)的分析和預測，使水泵運行得到有效管理。根據(jù)系統(tǒng)中積累的設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)展開分析能夠及時發(fā)現(xiàn)水泵故障隱患，由系統(tǒng)發(fā)出相應維修預警。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，人員可以提早實現(xiàn)水泵檢修計劃的制定，加強水泵維修資源調(diào)度管理，所以能夠通過降低水泵故障率保證泵站高效運行，繼而為上海市居民用水提供保障。

2.3.2應用分析

實際應用熱成像技術(shù)對水泵運行的過熱缺陷進行分析，還要結(jié)合缺陷性質(zhì)進行缺陷類型的科學判斷。比如在水泵內(nèi)部出現(xiàn)堵塞缺陷的情況下，水泵內(nèi)部流體溫度將有所升高，水泵泵體散熱性能則隨之下降，導致部件發(fā)生過熱問題。在正常情況下，水泵泵體表面熱輻射能量為均勻分布。但是在發(fā)生內(nèi)部堵塞后，缺陷位置熱輻射能量將發(fā)生變化，導致泵體表面因熱流能量傳導減緩發(fā)生熱輻射能量分布變化，如圖l所示。采用熱成像技術(shù)進行檢測，可以從溫度分布上完成異常溫度點的查找，從而實現(xiàn)堵塞位置的判斷分析。應用熱成像技術(shù)對水泵運行狀態(tài)進行分析，也能及時防止由過熱引發(fā)的惡性事故。實際在水泵長時間運行過程中，電機軸承可能會出現(xiàn)溫升情況，一旦長時間過熱將導致軸承損毀事故的發(fā)生。作為轉(zhuǎn)動機械常見部件，軸承過熱目前在異步電機故障中比例約達52%[3]，因此需要加強水泵電機軸承溫升檢測分析，保證水泵處于安全、穩(wěn)定運行狀態(tài)。如果電機軸承發(fā)生故障，載荷會發(fā)生不穩(wěn)定變化，導致軸心軌跡變大，軸承滾動體育內(nèi)外圈將產(chǎn)生較大接觸應力，導致軸承摩擦發(fā)熱。采用熱成像技術(shù)，可以對軸承溫升現(xiàn)象進行觀測。通過設定軸承上限溫度，系統(tǒng)可以在監(jiān)測到軸承溫度超過限額時發(fā)出報警，確保人員能夠及時確認水泵軸承溫升問題，繼而采取有效措施避免故障的發(fā)生。

2.3.3應用效果

在水泵健康管理中應用熱成像技術(shù)，能夠幫助人員時刻掌握泵站工區(qū)水泵設備運行情況，為工區(qū)水泵設備狀態(tài)檢修提供科學數(shù)據(jù)依據(jù)，從而通過加強水泵設備科學管理提高設備健康運行水平。實際采用熱成像技術(shù)進行水泵狀態(tài)監(jiān)測，能夠簡單快速的獲得設備運行狀態(tài)信息，確保設備運行健康狀態(tài)得到實時顯示。相較于傳統(tǒng)的設備監(jiān)測方法，無需對水泵進行停電操作即能完成設備檢查，所以能夠節(jié)省相應的檢修維護成本，加強設備預防性維修。在對水泵運行故障進行判斷時，結(jié)合熱成像數(shù)據(jù)，能夠準確進行設備過熱點的查找，為設備故障發(fā)生位置和原因的判斷提供技術(shù)支撐，所以能夠使設備狀態(tài)維修效果得到保證，為人員改進設備維護方法提供依據(jù)，繼而使設備健康管理水平得到提升。

3結(jié)論

在科學技術(shù)取得不斷發(fā)展的背景下，引入熱成像技術(shù)等先進技術(shù)對水泵運行狀態(tài)進行監(jiān)測和分析，能夠通過加強水泵健康管理提高設備安全運行水平，為企業(yè)發(fā)展注入活力。因此在實踐工作中，還應科學運用熱成像技術(shù)進行水泵健康狀態(tài)判斷，從而對設備進行及時、準確檢修管理，使設備保持安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]程義巖，張健，周劍鳴，等，方家山核電站凝結(jié)水泵電機軸承溫度過高的原因分析[刀.中國核電，2018，11（02）：237-244.

[2]陳少敏，董紅云，湯騰蛟，等?；跓岢上穹ǖ纳崞鞴苈放K堵檢測[J].風能，2018（06）：92-95.

[3]程士堅，王瑋，宋曉路，等.熱成像技術(shù)在電機表面溫升分析中的應用叨.石化技術(shù)，2018，25（05）：95-96.