泵類產品故障診斷的現狀及發展趨勢

蔡維平　唐友亮

【摘 要】本文簡要的介紹了泵類產品故障原因及其在線監測與故障診斷的內容，給出了故障診斷的基本過程。在此基礎上，對泵類產品在線監測與故障診斷技術的現狀做出了分析，并對故障診斷的技術發展的趨勢做出了預測。

【關鍵詞】泵；在線監測；故障診斷

0 引言

設備的故障診斷技術起源于19世紀產業革命時期，當時的故障診斷技術主要依靠技術專家的知識水平和經驗水平，這種方法具有簡單方便、經濟實用的特點，但對技術專家的知識水平要求較高。隨著計算機、信號處理、傳感器等技術的發展，當今的機器的在線監測及故障診斷技術已經發展為多種學科交叉，理論與實踐緊密結合，并與現代測控技術同步發展的學科。水泵的狀態監測與故障診斷技術的發展不僅促進了其理論設計、制造方法的發展與提高，同時也是人們認識到僅僅要求水泵具有優良的性能是遠遠不夠的，一旦其發生故障，可能造成巨大的經濟損失和社會危害。美國電力所（EPRI）進行的調查表明：大型的電站鍋爐給水泵故障率高達30%以上，而且泵越大故障率越高。據某電力機構調查，國產200MW火力發電機組配備的某類型的給水泵已有8次斷軸事故發生，造成了巨大的經濟損失。因而，如何提高泵設備的可靠性，保證其安全的、穩定的、長期的、滿負荷的優質運行，已成為泵的設計者及機械測控工程學科亟待解決的新課題。

1 泵類產品故障診斷概述

泵發生故障是指其功能失常，即其機械系統處于異常狀態。泵是有多個子系統和元素同特定的關系組成的系統。對同一臺泵，對于不同的工況，其運行狀況也不同。泵發生故障的原因有多方面的因素，主要有：

1）泵的設計不合理（ 結構設計不當、動態性能差等）。例如，葉輪與誘導論配合不好時，就會引起葉輪故障。

2）機械制造與裝配不當（加工誤差大、配合性質不合理等）例如，某紙業公司，購買的泵由于軸沒有經過調質處理，運行時間不長久彎曲、斷裂 。

3）泵的安裝不當（主要指與其他設備的連接超差、基礎變形等）。

4）泵的維修不當。維修過程改變或破壞了原有的動態性能和配合性質等。

5）泵的運行狀態不當，例如，潤滑狀態不良、工藝過程參數不匹配等。

6）泵經長期運行，其零部件發生引力集中及磨損，性能變差，這種故障屬于自然故障。

7）泵的操作不當（違章改變工況、超負荷運轉等）。當泵的設計工況與實際工況相差太大時，會引起故障。例如，如果泵長時間地小流量運行，由于回流大，不僅效率低，還會引起泵的故障，產生的典型故障有：軸承壽命縮短或損壞、泵振動大、泵轉子竄動等。

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果。所以，故障與其征兆也往往不是一一對應的，這就給故障診斷帶來了困難。

泵的在線監測和故障診斷主要是針對泵的整機性能，比如對泵的運行參數（吸入真空度、效率等）、機械運行狀態（位移、振動、零件磨損、軸承潤滑油溫度和液位）以及噪聲進行檢測，采集信號，進行分析，預測故障發展趨勢，并根據故障性質和趨勢，做出決策，干預其工作過程。

其具體診斷過程可用圖1表示。

當前泵的在線檢測及故障診斷技術的主要內容：選擇適當的監測方式和合適的部位，以獲得泵運行的最優信息，從中提取泵的故障征兆，然后判斷泵運行是否正常，進行早期診斷和預報。根據征兆確認故障的部位、程度、原因和性質，提出合理的治理和控制措施，防止或消除故障，對原設計、制造、裝配等提出改進措施。由此看來，泵的故障診斷不僅僅是其運行和維修的新技術，更為重要的是它提高和改進了泵的設計及制造質量。

2 泵類產品在線監測及故障診斷方法的現狀

泵類產品的故障診斷的主要對象包括：泵軸振動、滾動軸承、機械密封裝置、葉輪、潤滑油系統等。

1）對于單行小型泵，目前對其診斷的方法主要是依靠技術人員的感覺器官，通過聽取運行噪聲，對振動的判斷以及停機檢查的方法來對泵進行故障診斷。該方法具有操作方便，經濟實用的特點。但是要求技術人具有較高的工作經驗水平，而且往往要定時檢查，浪費人力資源，不能實現實時監測。

2）對于大型的泵和泵站的泵的，目前已有了許多在線監測和故障診斷系統。這些系統能夠實現實時在線監測和故障診斷功能 。但是也存在著不足之處，主要表現在以下幾點：

（1）對機械密封裝置無能為力

機械密封故障是泵的多發故障之一，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，難點在于它的可監測性差，沒有很好的參數來反映它的性能。因此，機械密封裝置的監測與故障診斷是泵的在線監測與故障診斷問題中亟待解決得的問題之一。

（2）泵的振動監測及故障診斷技術

泵的振動監測和故障診斷主要內容包括：泵的轉軸和滾動軸承的振動監測與故障診斷。目前許多水泵機組缺少振動監測系統，一旦發生振動故障，往往造成檢修困難，停機時間長、經濟損失較大的后果。雖然有工人定期檢查，由于人的主觀因素，會造成過度檢修，而且，對突發事件無能為力。由于泵的振動機理及表現形式較為復雜，目前需要解決的難題有：（一）監測方式；（二）防潮性能；（三）兼容性能。

（3）潤滑油系統

潤滑系統是泵設備中較為重要的一部分，它的好壞直接決定了泵的機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潤滑油的成分分析獲得。因此，選擇合適的參數及方法，獲得較為全面的故障信息，對泵的整機的在線監測及故障診斷具有較為重要的意義。

（4）軸承溫度監測

水泵水輪機的主要監測項目之一是軸承溫度，采用的是對溫度的絕對值和變化率進行監測，但是這種方式，往往是在軸承狀態發生異常，出現溫度上升之后才進行監測，所以要在早期的微侯階段檢出異常情況就很困難。另外，由于軸承可能出現在啟動時溫度高，停止時溫度低，也可能在啟動時低，停止時高的現象，所以，如何設定軸承的溫度警報值也是一個很困難的問題。

4.2 依據不同的專業需求，分層次教學

我校各專業對線性代數的需求各不相同，所修課程的知識內容也有所差異。充分考慮學生的能力和需求，將線性代數課程整合優化為分層次模塊化的教學體系，以適應社會對工科不同專業學生代數水平的要求。在課程的內容及其結構上，根據各專業的需求，將線性代數課程進行有機整合，形成新的模塊和體系[7]。模塊化后的課程分為基礎模塊、提高模塊兩大模塊，將各專業共同必需的知識點作為必修的模塊內容，納入基礎模塊；提高模塊主要是針對專業要求較高、學時較充裕，基礎較好的學生，在基礎模塊的知識點上，加入更深入更全面的內容。其中基礎模塊包含的內容為行列式，矩陣，線性方程組，提高模塊包含的內容除了基礎模塊的內容還增加了矩陣對角化，二次型和線性空間的內容。這樣我們可以依據不同的專業需求，選擇合適的模塊進行教學。達到教學的最優化。

5 結束語

在科學技術迅猛發展的今天，高科技的出現無疑給線性代數教學工作高效的開展帶來了機遇，同時也帶來了嚴酷的挑戰。如何適應高速發展的現代化社會，如何能夠培養出符合21世紀的創新型人才，提高線性代數的教學質量，應該成為每一位從事線性代數教學工作的工作者長抓不懈的任務。提高線性代數的教學質量這項工作值得每一位從事線性代數教學工作的工作者不斷的去探索，去實踐，去創新。

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[責任編輯：楊玉潔]