紅外熱成像技術(shù)在送水泵機(jī)組中的應(yīng)用

徐詩友，吳曉青，徐衛(wèi)杰

（深圳市水務(wù)集團(tuán)（有限）公司閥門檢測及維修分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

發(fā)熱常常是設(shè)備損壞或功能性故障的早期征兆，設(shè)備發(fā)熱是設(shè)備維護(hù)、預(yù)知性檢修所監(jiān)視的一個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)。維修處理通常在故障明確后進(jìn)行，存在一定滯后性和突發(fā)性，對于關(guān)鍵環(huán)節(jié)的大型機(jī)電設(shè)備，會產(chǎn)生非計(jì)劃性停機(jī)時(shí)間長、突發(fā)性維修費(fèi)用可控性低等不利因素。對設(shè)備發(fā)熱問題的定期監(jiān)視可降低因設(shè)備故障而發(fā)生的非計(jì)劃性停產(chǎn)的可能性，減少維護(hù)費(fèi)用和設(shè)備維護(hù)的成本。使用FLUKE Ti10 熱成像儀對設(shè)備進(jìn)行檢測，介紹紅外熱成像技術(shù)原理，現(xiàn)有水泵機(jī)組主要測溫方式，通過實(shí)例說明紅外熱成像技術(shù)在檢測設(shè)備故障中的應(yīng)用，及對設(shè)備精密檢測診斷技術(shù)的展望。旨在提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)預(yù)知性維修，為設(shè)備的安全運(yùn)行及合理化維修奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 紅外熱成像技術(shù)基本原理

紅外線又稱為紅外熱輻射，是波長（0.75～1000）μm 的電磁波。紅外熱成像是通過光電檢測轉(zhuǎn)換成可辨別圖像，辨識出物體表面的溫度分布狀況，從而進(jìn)行設(shè)備的故障檢測與分析。

現(xiàn)有的紅外熱像儀是通過光學(xué)成像物鏡和紅外探測器檢測被測物體的紅外輻射能量，將其分布狀態(tài)通過圖像的方式反映到紅外熱成像儀的光敏部件上，以此來獲取紅外熱成像圖。這種熱成像圖和物體內(nèi)部的熱分布是想對應(yīng)的，在物體內(nèi)部的熱流的擴(kuò)散途經(jīng)中，由于物體的傳導(dǎo)性等物理性質(zhì)的不同，物體內(nèi)部的熱流將會因暢通無阻的傳遞受阻堆積而形成相對應(yīng)的“冷區(qū)”和“熱區(qū)”，這種由內(nèi)而外表現(xiàn)出的溫度差異，就是紅外熱成像的基本原理。紅外熱成像儀是用來測量熱輻射的能量場，并將其變成可見光強(qiáng)度場，使人可以觀測的儀器，是一種診斷設(shè)備故障和線路熱缺陷的先進(jìn)檢測技術(shù)，對設(shè)備問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理，設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要作用。

2 水泵機(jī)組通用測溫方式

目前，大多數(shù)水廠及泵站對送水泵機(jī)組的溫度檢測方式主要采用接觸式測溫，這種測溫方式是在被測物體表面安裝溫度探頭等溫度感應(yīng)元件，將接受到的溫度信號通過感應(yīng)元件轉(zhuǎn)換為電信號，再在通信線路上進(jìn)行信號傳輸，最后通過對信號的處理最終在顯示系統(tǒng)上顯示出所測物體的溫度值。超過廠家預(yù)警值后會將信號輸送至中控室發(fā)出報(bào)警信號。

接觸式測溫方式存在著一定的局限性。測溫的感應(yīng)元件與所測對象是固定的，當(dāng)測溫狀態(tài)發(fā)生變化，如機(jī)組振動等會導(dǎo)致感應(yīng)元件發(fā)生線路松動、破損、感應(yīng)靈敏度下降等狀況，會很大程度的數(shù)據(jù)的檢測，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)甚至數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)葼顩r。測溫對象往往是電磁類設(shè)備，其溫度感應(yīng)元件和傳輸線路容易受到電磁干擾，影響正常測量。接觸式測溫是針對設(shè)備某一點(diǎn)的測量，通常是測量設(shè)備的一個(gè)特定易損部位，但這種測量無法對設(shè)備的發(fā)熱狀況做到全面檢測。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可能會出現(xiàn)測量點(diǎn)的溫度在正常范圍內(nèi)，而非測量點(diǎn)溫度發(fā)生異常卻無法及時(shí)得到反映，從而影響故障診斷。

3 紅外成像檢測在送水泵機(jī)組中的應(yīng)用

軸承是易損件，對泵的軸承進(jìn)行定期的檢測很有必要。本次研究采用Ti10 熱成像儀進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)采集，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的狀態(tài)下，分別對水泵非驅(qū)動端、水泵驅(qū)動端、電機(jī)驅(qū)動端、電機(jī)非驅(qū)動端和電機(jī)機(jī)體等5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行紅外溫度檢測。電機(jī)軸承的發(fā)熱程度用“溫升”而不是用“溫度”，溫升是電機(jī)軸承與環(huán)境的溫度差，是由電機(jī)發(fā)熱引起的，當(dāng)溫升突然增大或超出最高工作溫升允許值時(shí)，說明很有可能已經(jīng)發(fā)生故障。泵的軸承進(jìn)行紅外熱成像檢測，設(shè)定檢測的報(bào)警值和停機(jī)值，通過溫升的高低對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。

3.1 實(shí)例一

某送水泵機(jī)組水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)狀態(tài)下，非驅(qū)動端軸承存在異聲，懷疑非驅(qū)動端軸承出現(xiàn)故障，且對故障程度無法判斷。對該機(jī)組進(jìn)行紅外成像檢測。

該檢測點(diǎn)的環(huán)境溫度為20 ℃，非驅(qū)動端軸承紅外檢測結(jié)果如圖1a 所示，水泵非驅(qū)動端軸承溫度達(dá)58 ℃，溫升38 ℃，顯示水泵非驅(qū)動端軸承溫度較高。建議對水泵進(jìn)行振動等檢測，進(jìn)行針對性維修。經(jīng)檢測軸承的振動較大，說明軸承故障問題已影響機(jī)組運(yùn)行，建議更換水泵非驅(qū)動端軸承。

對軸承進(jìn)行開蓋檢修，發(fā)現(xiàn)該軸承內(nèi)外圈均有較深劃痕、個(gè)別滾動體也有磨損，整體損壞較為嚴(yán)重，軸承達(dá)到更換標(biāo)準(zhǔn)。檢修情況表明振動、紅外成像診斷無誤。更換軸承后，振動明顯減小，軸承溫升降到15 ℃（圖1b），軸承溫升明顯下降，運(yùn)行無異聲，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)正常。提前發(fā)現(xiàn)水泵機(jī)組故障，提前有計(jì)劃的維修，保障了設(shè)備運(yùn)行安全，杜絕了一系列的安全隱患，為企業(yè)減少了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 非驅(qū)動端軸承維修前后紅外成像

3.2 實(shí)例二

某送水泵機(jī)組水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)狀態(tài)下，驅(qū)動端軸承存在異聲，其他地方無異常，對該機(jī)組進(jìn)行紅外成像檢測。

檢測的環(huán)境溫度為22 ℃，對驅(qū)動端軸承紅外檢測結(jié)果如圖2a 所示，水泵驅(qū)動端軸承溫度達(dá)60.1 ℃，溫升38.1℃，圖像平均溫度56.1 ℃，水泵驅(qū)動端軸承溫度較高。對水泵進(jìn)行振動及激光對中檢測，經(jīng)檢測，其振動在預(yù)警值之內(nèi)，激光對中角度偏差過大，故建議進(jìn)行對中校準(zhǔn)處理。

根據(jù)紅外熱成像及激光對中的檢測結(jié)果，對該機(jī)組進(jìn)行針對性的拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)水泵驅(qū)動端軸承內(nèi)滾道有輕微損傷，為了設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，對其進(jìn)行更換處理，并對聯(lián)軸器進(jìn)行對中校準(zhǔn)。經(jīng)過維修處理，設(shè)備運(yùn)行噪聲降低，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。檢修后，軸承溫度為50.5 ℃，溫升28.5 ℃（圖2b），運(yùn)行無異聲，機(jī)組對中良好，運(yùn)行狀態(tài)回歸正常。

圖2 驅(qū)動端軸承維修前后紅外成像

本研究針對的大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備臥式離心泵機(jī)組是水廠、污水廠及泵站的大功率核心生產(chǎn)設(shè)備，這兩種設(shè)備一旦發(fā)生意外性的故障將會給企業(yè)帶來巨大的損失。紅外檢測的主要目的是提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而對技術(shù)維修人員進(jìn)行預(yù)警。參考國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在經(jīng)過一定量的紅外數(shù)據(jù)采集后，考慮到設(shè)備的重要性，對這兩種設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)應(yīng)分層次的采取較為嚴(yán)格的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制定溫升評價(jià)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定紅外溫度的檢測報(bào)警值和停機(jī)值，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行清晰的評價(jià)。

4 結(jié)語

應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行設(shè)備檢測是精密檢測診斷技術(shù)的一種，可以提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，進(jìn)行預(yù)知性維修，提高設(shè)備的安全、可靠性和設(shè)備運(yùn)行完好率。過去對于設(shè)備問題的發(fā)現(xiàn)，是基于水泵出現(xiàn)振動、噪聲等以確定設(shè)備出現(xiàn)故障，在設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題后進(jìn)行檢修，存在一定滯后性。預(yù)先精密檢測可減少設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)的損失，減少非必要維修以提升維修效率、降低維修費(fèi)用。設(shè)備的精密檢測在紅外熱檢測的同時(shí)應(yīng)該配合振動、激光對中等對設(shè)備進(jìn)行全方位檢測，為設(shè)備維修從經(jīng)驗(yàn)判斷走入科學(xué)量化分析探索新方法具有十分重要的意義。紅外、振動等故障檢測方法能做到預(yù)知設(shè)備故障，在設(shè)備維修之后對故障類型和檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對照總結(jié)，總結(jié)大量的設(shè)備故障維修經(jīng)驗(yàn)后，精密檢測診斷對故障的類型的判斷也將具有指導(dǎo)意義。