排水泵常見故障診斷及預(yù)防性管理方法分析

王雁兵 王聲桓

摘要：機(jī)電設(shè)備都有其要求的環(huán)境條件，例如溫度、濕度。例如，安放重大設(shè)備的機(jī)電硐室環(huán)境溫度不應(yīng)超過(guò)30℃，否則應(yīng)停止設(shè)備運(yùn)行。針對(duì)排水泵通常運(yùn)行環(huán)境較惡劣，易出現(xiàn)故障等問(wèn)題，介紹了排水泵常見故障診斷方法，分析了排水泵常見故障現(xiàn)象及這些主要故障現(xiàn)象的具體診斷方法，提出了通過(guò)振動(dòng)診斷排水泵故障的措施與具體點(diǎn)位設(shè)計(jì)，并結(jié)合全壽命周期管理法，通過(guò)實(shí)時(shí)全方法監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，掌握設(shè)備健康狀況，有助于進(jìn)一步做好水泵的預(yù)防性維修或狀態(tài)檢修，進(jìn)而更好地保障水泵的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：排水泵故障現(xiàn)象;故障診斷;預(yù)防管理

引言

目前，智能裝備與信息化、自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用，機(jī)電設(shè)備都對(duì)環(huán)境提出了更高的要求，如，濕度、溫度。機(jī)電銅室主要用于放置重大設(shè)備，其對(duì)環(huán)境溫度的要求是低于30℃，若高于30℃，設(shè)備就會(huì)被停止運(yùn)行?？墒?，在實(shí)際狀況下，有的會(huì)因?yàn)槠鋹毫拥纳a(chǎn)條件，增大了的改造難度，使機(jī)電銅室的環(huán)境無(wú)法達(dá)到設(shè)備運(yùn)行所需要的環(huán)境要求，致使這部分機(jī)電設(shè)備在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)環(huán)境都是高溫潮濕的，不僅損傷了設(shè)備，還使設(shè)備的使用期限受到影響。

以核電排水泵為例，對(duì)水泵常見故障和其主要原因進(jìn)行分析，對(duì)潛伏的設(shè)備故障進(jìn)行分辨，把協(xié)助技術(shù)支撐供給給運(yùn)維與維修設(shè)備，使設(shè)備故障得到最大限度地下降，使工作的效率與運(yùn)行的可靠性得到提升，完成提前察覺(jué)水泵故障，繼而使設(shè)備在使用年限內(nèi)的運(yùn)行能夠具有可靠性。在排水方法中，臥式吸入式被的主排水系統(tǒng)所使用。水倉(cāng)、電動(dòng)機(jī)、吸水管路、排水泵、閘閥或抽真空管路球閥、逆止閥及排水管路閘閥等構(gòu)成了設(shè)備設(shè)施，其中最主要的設(shè)備就是排水泵與電動(dòng)機(jī)。依據(jù)設(shè)備的類型把主排水系統(tǒng)分成了9類，包含排水管、電動(dòng)機(jī)、吸水管、排水泵、水倉(cāng)、閘閥、球閥、逆止閥及其他設(shè)備設(shè)施[1]。以排水泵為例，表1即為排水泵與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的常見故障的類型、原因及分析方法。

1故障診斷方法

（1）人為簡(jiǎn)易診斷通過(guò)人的感官功能或者借助簡(jiǎn)單的儀器和簡(jiǎn)單的工具，作經(jīng)驗(yàn)性和粗略性的定性診斷[7]。由于主要依靠人的感官和經(jīng)驗(yàn)，該方法有較大的局限性，但人的感官檢測(cè)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、直接、快速的特點(diǎn)，因此，人為簡(jiǎn)單診斷在設(shè)備故障診斷中起著重要的作用。

（2）振動(dòng)診斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總是伴隨著振動(dòng)，當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，必然會(huì)破壞或者打破原機(jī)械運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，振動(dòng)必然增強(qiáng)且性質(zhì)會(huì)改變，振動(dòng)信號(hào)頻譜能夠較好地表征機(jī)械設(shè)備運(yùn)行特性[8-10]。振動(dòng)信號(hào)的分析對(duì)于診斷機(jī)械設(shè)備故障具有重要意義，尤其是能夠在不將設(shè)備解體的前提下，對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析，起到提前指導(dǎo)維修的作用。

（3）溫度診斷對(duì)于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械設(shè)備，除機(jī)械振動(dòng)之外，溫度是機(jī)電設(shè)備故障的另一個(gè)主要特征，零部件異常磨損、電氣觸電燒壞等故障都會(huì)導(dǎo)致溫度升高。目前，排水泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等主要設(shè)備都將溫度作為重要監(jiān)測(cè)參數(shù)，常見的溫度測(cè)量方法包括熱電偶、熱電阻、紅外傳感器、比色測(cè)溫儀等。

（4）油樣診斷在各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的磨損顆粒，主要是由于金屬表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。磨損顆粒會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑油中，其數(shù)量、尺寸、外貌、成分等能夠反映不同的磨損方式和磨損過(guò)程，可以作為診斷設(shè)備健康狀態(tài)的辨識(shí)特征。

（5）無(wú)損探傷診斷無(wú)損檢測(cè)診斷方法是一種以不損害或不影響其設(shè)備使用性能為前提的檢測(cè)手段，包括電磁診斷、超聲診斷、射線診斷、滲透診斷、渦流診斷等多種方式，其中超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)使用較為廣泛。

2振動(dòng)診斷方法和設(shè)計(jì)的點(diǎn)位

振動(dòng)探頭在對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)會(huì)選擇使用有ICP嵌入電荷放大傳感器，傳感器進(jìn)到水泵與采集網(wǎng)關(guān)的方式是外置與通信線纜，并讓上位機(jī)接收被打包的數(shù)據(jù)。通常來(lái)講，滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)是阻尼比價(jià)小、剛性比較大;軸承箱會(huì)接收到排水泵軸承的振動(dòng)，在對(duì)排水泵的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選擇時(shí)，選擇的方法是振動(dòng)診斷法，并且其選擇應(yīng)該是振動(dòng)能量的傳遞比較容易或彈性基礎(chǔ)的其余部件中，出口法蘭、底座及軸承座通常是振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的選擇地。具體在下圖1中5個(gè)箭頭所指的位置各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。圖1即為配置測(cè)點(diǎn)。

3水泵健康評(píng)估

機(jī)械的損傷程度很難從設(shè)備的外表觀察出，如磨損的面積、裂紋的長(zhǎng)度等。所以，為了對(duì)水泵的健康情況進(jìn)行評(píng)估，狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)時(shí)通常是在設(shè)備運(yùn)行中將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集。并且這部分監(jiān)測(cè)信號(hào)包括了測(cè)量噪聲、健康情況信息。因此，為了更深層次的把機(jī)械老化過(guò)程進(jìn)行揭示，就極需把偏度、峰度及有效值自監(jiān)測(cè)信號(hào)內(nèi)提取出來(lái)[2-3]。由于機(jī)械故障逐漸嚴(yán)重，使設(shè)備的損耗表現(xiàn)出了不同的老化趨勢(shì)，當(dāng)未預(yù)測(cè)水健康狀況前時(shí)，應(yīng)該按照水泵振動(dòng)情況的改變趨勢(shì)，把機(jī)械老化的過(guò)程分成不一樣的健康階段。圖2即為常見的老化過(guò)程，圖中直線代表曲線大致的拐點(diǎn)情況。滾動(dòng)軸承的老化趨勢(shì)體現(xiàn)在2個(gè)不一樣的階段，就是不健康階段與健康階段。當(dāng)處于健康階段時(shí)，沒(méi)有故障出現(xiàn)在滾動(dòng)軸承內(nèi)，側(cè)面磨損值是隨機(jī)波動(dòng)的。當(dāng)處于不健康階段時(shí)，由于軸承的損壞，側(cè)面磨損值也會(huì)逐漸增大。雙列軸承老化過(guò)程體現(xiàn)在3個(gè)階段，即為臨界階段、退化階段及健康階段。根據(jù)每個(gè)階段的走向曲線，并與分析故障的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以很好的分辨出目前水泵軸承故障有多嚴(yán)重。

4驗(yàn)證和分析試驗(yàn)

某展開的振動(dòng)診斷實(shí)驗(yàn)是與陳舊的水泵有關(guān)，圖3即為水泵振動(dòng)頻率。由現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)：

1）根據(jù)水泵端的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)振值的速度值呈上漲趨勢(shì)。2）3H測(cè)點(diǎn)振動(dòng)高于報(bào)警線（7.1mm/a）。3）產(chǎn)生隨機(jī)的噪聲底線是300～2000Hz。根據(jù)數(shù)據(jù)得知，水泵葉輪凸顯的主要特征為氣蝕，并與現(xiàn)場(chǎng)有砂石滾動(dòng)的聲音從泵體中發(fā)出來(lái)相結(jié)合，所以，能夠判斷出有氣蝕故障出現(xiàn)在水泵中，并和水泵現(xiàn)場(chǎng)的影響圖片的結(jié)果相同，圖4即為現(xiàn)場(chǎng)的圖片。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)水泵故障的提前預(yù)警，結(jié)合全生命周期管理的手段，能夠?qū)崿F(xiàn)排水泵設(shè)備的信息管理、設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備健康狀態(tài)在線診斷、故障原因定位分析、設(shè)備關(guān)鍵部件剩余壽命預(yù)警，并結(jié)合故障庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和備品備件庫(kù)提供設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維指導(dǎo)，以達(dá)到減少欠修和過(guò)修的現(xiàn)象，積極實(shí)踐設(shè)備預(yù)防性維修或狀態(tài)檢修，保障設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效、長(zhǎng)期健康運(yùn)行的目的。經(jīng)過(guò)提早預(yù)警水泵故障，并與生命周期管理的方法相結(jié)合，可以使排水泵設(shè)備中核心部件剩下使用時(shí)間預(yù)警、定位分析故障原因、在線診斷設(shè)備的健康狀態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的參數(shù)、設(shè)備的信息管理得以實(shí)現(xiàn)，并和備品備件庫(kù)、知識(shí)庫(kù)就故障庫(kù)相結(jié)合，給設(shè)備運(yùn)維的數(shù)字化提供指導(dǎo)，使過(guò)修與欠修的現(xiàn)象減少，主動(dòng)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)維修或防止性維修進(jìn)行實(shí)踐，確保設(shè)備的運(yùn)行更加長(zhǎng)遠(yuǎn)、高效、穩(wěn)定、安全。

參考文獻(xiàn)

[1]羅飛.基于PLC的滲漏排水泵自動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021（11）：22-24.

[2]李華偉.煤下主排水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2020（11）：44-46.