泵類產(chǎn)品故障診斷的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

蔡維平　唐友亮

【摘 要】本文簡要的介紹了泵類產(chǎn)品故障原因及其在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的內(nèi)容，給出了故障診斷的基本過程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)泵類產(chǎn)品在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀做出了分析，并對(duì)故障診斷的技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)做出了預(yù)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】泵；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷

0 引言

設(shè)備的故障診斷技術(shù)起源于19世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期，當(dāng)時(shí)的故障診斷技術(shù)主要依靠技術(shù)專家的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)水平，這種方法具有簡單方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，但對(duì)技術(shù)專家的知識(shí)水平要求較高。隨著計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今的機(jī)器的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為多種學(xué)科交叉，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，并與現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)同步發(fā)展的學(xué)科。水泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展不僅促進(jìn)了其理論設(shè)計(jì)、制造方法的發(fā)展與提高，同時(shí)也是人們認(rèn)識(shí)到僅僅要求水泵具有優(yōu)良的性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一旦其發(fā)生故障，可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害。美國電力所（EPRI）進(jìn)行的調(diào)查表明：大型的電站鍋爐給水泵故障率高達(dá)30%以上，而且泵越大故障率越高。據(jù)某電力機(jī)構(gòu)調(diào)查，國產(chǎn)200MW火力發(fā)電機(jī)組配備的某類型的給水泵已有8次斷軸事故發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因而，如何提高泵設(shè)備的可靠性，保證其安全的、穩(wěn)定的、長期的、滿負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，已成為泵的設(shè)計(jì)者及機(jī)械測(cè)控工程學(xué)科亟待解決的新課題。

1 泵類產(chǎn)品故障診斷概述

泵發(fā)生故障是指其功能失常，即其機(jī)械系統(tǒng)處于異常狀態(tài)。泵是有多個(gè)子系統(tǒng)和元素同特定的關(guān)系組成的系統(tǒng)。對(duì)同一臺(tái)泵，對(duì)于不同的工況，其運(yùn)行狀況也不同。泵發(fā)生故障的原因有多方面的因素，主要有：

1）泵的設(shè)計(jì)不合理（ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、動(dòng)態(tài)性能差等）。例如，葉輪與誘導(dǎo)論配合不好時(shí)，就會(huì)引起葉輪故障。

2）機(jī)械制造與裝配不當(dāng)（加工誤差大、配合性質(zhì)不合理等）例如，某紙業(yè)公司，購買的泵由于軸沒有經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，運(yùn)行時(shí)間不長久彎曲、斷裂 。

3）泵的安裝不當(dāng)（主要指與其他設(shè)備的連接超差、基礎(chǔ)變形等）。

4）泵的維修不當(dāng)。維修過程改變或破壞了原有的動(dòng)態(tài)性能和配合性質(zhì)等。

5）泵的運(yùn)行狀態(tài)不當(dāng)，例如，潤滑狀態(tài)不良、工藝過程參數(shù)不匹配等。

6）泵經(jīng)長期運(yùn)行，其零部件發(fā)生引力集中及磨損，性能變差，這種故障屬于自然故障。

7）泵的操作不當(dāng)（違章改變工況、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等）。當(dāng)泵的設(shè)計(jì)工況與實(shí)際工況相差太大時(shí)，會(huì)引起故障。例如，如果泵長時(shí)間地小流量運(yùn)行，由于回流大，不僅效率低，還會(huì)引起泵的故障，產(chǎn)生的典型故障有：軸承壽命縮短或損壞、泵振動(dòng)大、泵轉(zhuǎn)子竄動(dòng)等。

由此可知泵的故障是由于多種原因引起的，而且往往是由于多種原因耦合的結(jié)果。所以，故障與其征兆也往往不是一一對(duì)應(yīng)的，這就給故障診斷帶來了困難。

泵的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷主要是針對(duì)泵的整機(jī)性能，比如對(duì)泵的運(yùn)行參數(shù)（吸入真空度、效率等）、機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)（位移、振動(dòng)、零件磨損、軸承潤滑油溫度和液位）以及噪聲進(jìn)行檢測(cè)，采集信號(hào)，進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)故障性質(zhì)和趨勢(shì)，做出決策，干預(yù)其工作過程。

其具體診斷過程可用圖1表示。

當(dāng)前泵的在線檢測(cè)及故障診斷技術(shù)的主要內(nèi)容：選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)方式和合適的部位，以獲得泵運(yùn)行的最優(yōu)信息，從中提取泵的故障征兆，然后判斷泵運(yùn)行是否正常，進(jìn)行早期診斷和預(yù)報(bào)。根據(jù)征兆確認(rèn)故障的部位、程度、原因和性質(zhì)，提出合理的治理和控制措施，防止或消除故障，對(duì)原設(shè)計(jì)、制造、裝配等提出改進(jìn)措施。由此看來，泵的故障診斷不僅僅是其運(yùn)行和維修的新技術(shù)，更為重要的是它提高和改進(jìn)了泵的設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量。

2 泵類產(chǎn)品在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方法的現(xiàn)狀

泵類產(chǎn)品的故障診斷的主要對(duì)象包括：泵軸振動(dòng)、滾動(dòng)軸承、機(jī)械密封裝置、葉輪、潤滑油系統(tǒng)等。

1）對(duì)于單行小型泵，目前對(duì)其診斷的方法主要是依靠技術(shù)人員的感覺器官，通過聽取運(yùn)行噪聲，對(duì)振動(dòng)的判斷以及停機(jī)檢查的方法來對(duì)泵進(jìn)行故障診斷。該方法具有操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。但是要求技術(shù)人具有較高的工作經(jīng)驗(yàn)水平，而且往往要定時(shí)檢查，浪費(fèi)人力資源，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2）對(duì)于大型的泵和泵站的泵的，目前已有了許多在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷功能 。但是也存在著不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)機(jī)械密封裝置無能為力

機(jī)械密封故障是泵的多發(fā)故障之一，也是故障中最難解決的難題之一。目前尚無有效的措施予以解決，難點(diǎn)在于它的可監(jiān)測(cè)性差，沒有很好的參數(shù)來反映它的性能。因此，機(jī)械密封裝置的監(jiān)測(cè)與故障診斷是泵的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷問題中亟待解決得的問題之一。

（2）泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)

泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷主要內(nèi)容包括：泵的轉(zhuǎn)軸和滾動(dòng)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷。目前許多水泵機(jī)組缺少振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一旦發(fā)生振動(dòng)故障，往往造成檢修困難，停機(jī)時(shí)間長、經(jīng)濟(jì)損失較大的后果。雖然有工人定期檢查，由于人的主觀因素，會(huì)造成過度檢修，而且，對(duì)突發(fā)事件無能為力。由于泵的振動(dòng)機(jī)理及表現(xiàn)形式較為復(fù)雜，目前需要解決的難題有：（一）監(jiān)測(cè)方式；（二）防潮性能；（三）兼容性能。

（3）潤滑油系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)是泵設(shè)備中較為重要的一部分，它的好壞直接決定了泵的機(jī)械性能及其零部件的壽命，而且其零部件的磨損情況也可以通過對(duì)潤滑油的成分分析獲得。因此，選擇合適的參數(shù)及方法，獲得較為全面的故障信息，對(duì)泵的整機(jī)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷具有較為重要的意義。

（4）軸承溫度監(jiān)測(cè)

水泵水輪機(jī)的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一是軸承溫度，采用的是對(duì)溫度的絕對(duì)值和變化率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是這種方式，往往是在軸承狀態(tài)發(fā)生異常，出現(xiàn)溫度上升之后才進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以要在早期的微侯階段檢出異常情況就很困難。另外，由于軸承可能出現(xiàn)在啟動(dòng)時(shí)溫度高，停止時(shí)溫度低，也可能在啟動(dòng)時(shí)低，停止時(shí)高的現(xiàn)象，所以，如何設(shè)定軸承的溫度警報(bào)值也是一個(gè)很困難的問題。

4.2 依據(jù)不同的專業(yè)需求，分層次教學(xué)

我校各專業(yè)對(duì)線性代數(shù)的需求各不相同，所修課程的知識(shí)內(nèi)容也有所差異。充分考慮學(xué)生的能力和需求，將線性代數(shù)課程整合優(yōu)化為分層次模塊化的教學(xué)體系，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)工科不同專業(yè)學(xué)生代數(shù)水平的要求。在課程的內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)上，根據(jù)各專業(yè)的需求，將線性代數(shù)課程進(jìn)行有機(jī)整合，形成新的模塊和體系[7]。模塊化后的課程分為基礎(chǔ)模塊、提高模塊兩大模塊，將各專業(yè)共同必需的知識(shí)點(diǎn)作為必修的模塊內(nèi)容，納入基礎(chǔ)模塊；提高模塊主要是針對(duì)專業(yè)要求較高、學(xué)時(shí)較充裕，基礎(chǔ)較好的學(xué)生，在基礎(chǔ)模塊的知識(shí)點(diǎn)上，加入更深入更全面的內(nèi)容。其中基礎(chǔ)模塊包含的內(nèi)容為行列式，矩陣，線性方程組，提高模塊包含的內(nèi)容除了基礎(chǔ)模塊的內(nèi)容還增加了矩陣對(duì)角化，二次型和線性空間的內(nèi)容。這樣我們可以依據(jù)不同的專業(yè)需求，選擇合適的模塊進(jìn)行教學(xué)。達(dá)到教學(xué)的最優(yōu)化。

5 結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，高科技的出現(xiàn)無疑給線性代數(shù)教學(xué)工作高效的開展帶來了機(jī)遇，同時(shí)也帶來了嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)，如何能夠培養(yǎng)出符合21世紀(jì)的創(chuàng)新型人才，提高線性代數(shù)的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該成為每一位從事線性代數(shù)教學(xué)工作的工作者長抓不懈的任務(wù)。提高線性代數(shù)的教學(xué)質(zhì)量這項(xiàng)工作值得每一位從事線性代數(shù)教學(xué)工作的工作者不斷的去探索，去實(shí)踐，去創(chuàng)新。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]