污水廠離心泵的故障分析及其消除方法

曹國曦

摘 要：離心泵廣泛應用于冶金，采油，電力，水力，水處理等行業中，它的運行狀態直接對工作效率與安全作業至關重要，而泵體經常發生的故障之一就是設備產生了由于老化等原因造成的振動，而這種振動信號反映了泵體的運行狀態信息。因此，加強對離心泵的維護與管理，防止故障的發生，具有十分重要的意義。文章旨在通過結合離心泵的工作原理和介質特點，對離心泵的運行狀態進行監測并運用計算機技術消除各種故障從而保證其正常供水。

關鍵詞：離心泵；故障分析；消除方法

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0099-02

生活污水處理工藝中離心泵是非常重要的設備。離心泵常有的故障就是振動，而這種故障會導致一系列連鎖效應，甚至會導致生產系統的癱瘓以至于無法正常工作，給企業乃至社會造成經濟上的巨大損失。故障診斷為保證設備安全運行的一種基本措施，能夠有效的預報設備的早期故障，以振動信號作為水泵故障診斷的基礎，能夠有效判斷故障產生原因，分析故障并提出對策，對隱患進行處理，以消除或是減少意外事故的發生。

1 針對生活污水處理離心泵的故障分析

離心泵是污水治理常用的一種水泵，作用在于在為整個水處理流程提供勢能或供壓。雖然理性泵種類繁多，但其結構和工作原理基本相同。主要構件為旋轉的葉輪和固定的泵殼。葉輪直接對液體做工，泵殼則為一蝸形轉能裝置。工作基本原理為：離心泵葉輪高速旋轉使得離心泵在引力的作用下提升和輸送污水。

離心泵的故障一般包含兩個層面：一是由于離心泵的工作條件不正常而造成的離心泵系統偏離正常工作狀態，這類故障的常用解決方法為對調整離心泵參數；二是由于系統偏離正常的功能無法保證離心泵的基本功能。離心泵故障有以下兩種特點：①隨機性；②多層次性。

污水介質來源復雜，其中包含大量纖維物、沙礫、塑料薄片和其他大量雜物。顆粒直徑大大超過一般的水處理系統介質。所以，水泵一般設置在粗格柵后，但仍然還有直徑在20 mm以上的雜物會進入泵體。

在工作過程中，水中沙礫會對泵葉有磨蝕的作用，而且介質密度的升高會造成水泵經常在過載情況下工作。纖維物會纏繞在水泵導葉或散熱通道上，體積較大的雜物甚至會直接對泵體造成堵塞情況。再由于介質營養物較多，閑置的的水泵多數會有生物腐蝕和化學腐蝕發生。以上對水泵損壞均會導致水泵加速老化，繼而對水泵運行的效率降低。

所以，用于生活污水治理的離心泵容易故障頻發。在條件允許的情況下應該重點留意，噪聲、振動、電流、溫度等指標，同時降頻使用能讓機器故障率大幅減少。離心泵原理圖，如圖1所示。

2 離心泵振動故障診斷方法

離心泵故障分析技術利用現代信號處理技術準確采集設備作業狀態時的各種信號，之后再去噪或變化頻譜，從而提取有效的信息，參照標準參數范圍分析故障及原因，采取有效手段解決故障。通常有以下幾種方法。

2.1 按診斷方法原理分類

按診斷方法原理可分為：頻域診斷法，時域診斷法，統計分析法，信息理論分析法。

①頻域分析法：設備運轉時，不同的部件以不同的頻率進行振動，表征某部件振動特征的頻率成為該部件的頻率。一個部件的特征頻率有一個或多個。頻率幅值：是指部件在某一特征頻率上振動的總能量。當頻率幅值發生變化，就表明相應的故障也在發展。通過對“特征頻率”和“頻率幅值”的分析，就可以準確地判斷出故障發生的部位及嚴重程度。

②時域分析法：時域幅值分析法和時域波形分析法。時域幅值分析法研究信號幅值最大值和最小值，幅值的平均值和波動程度，平均幅值等，并通過這些參數對故障進行診斷。時域波形診斷法主要通過對時域波形形狀的分析，對特定的故障進行診斷。

2.2 按檢測手段分類

按檢測手段分類：溫度檢測斷法，振動檢測診斷法，噪聲檢測診法。

①振動檢測診斷法：離心泵的動態檢測有位移（振幅）、速度（烈度）、加速度（沖擊力）三個參數，高轉速機械或高頻振動，利用加速度值來描述振動烈度更準確些，而對于低轉速或低頻振動，利用位移值來描述振動烈度更準確

②溫度檢測斷法：軸承溫度是一般不能超過75度，在管線設計中，管線的設計溫度是不能超過泵的最大使用溫度的，否則會對泵造成損壞，所以，一旦離心泵軸承溫度超過這個范圍則表明存在故障。

3 離心泵振動故障消除方法

3.1 振動信號的采集

振動信號的采集是利用各類傳感器把機器振動時的響應以電量的方式檢測出來，一般將響應的傳感器轉換成電信號以便處理。

通常我們要在計算機上進行信號分析和處理，就必須把我們測量得到的時間歷程的模擬信號轉換為計算機能夠識別的二進制數字量，因此，首先要對模擬信號進行采集和量化。

公式：X*（t）=X（t）*β（t）****

其中，X*（t）——采樣后的數字信號；

X（t）——被采樣的模擬量；

β（t）——采樣函數（脈沖函數）。

連續信號經采樣后得到的離散信號X*（t），它對應的頻譜是Z*（f）是原信號的同期開拓。如果模擬信號中含有高頻成分，則是我們需要排出的噪聲信號，采樣前利用抗混頻的前置低通濾波器，衰減和限制被采樣信號的最高頻率，使噪聲信號造成的誤差減小到最低。

解決頻混的方法：

①提高采樣頻率以滿足采樣定理，一般取到Fs=（2.56-4）Fmax；

②用低通濾波器過濾掉不需要的高頻成分。

3.2 信號處理

信號采集經過信號預處理使得故障診斷的結果才會更加可靠，再經過信號的數據處理，獲得用與故障分析的各種圖形，常用的振動信號分析方法有以下幾種：波形分析法、軸心分析法、頻譜分析法等，其中，頻譜分析法是最常用的故障診斷方法。

我們這里通過使用C8051F340單片機來實現對信號進行相關處理。C8051F340單片機自帶10位AD轉換器，能夠精確地將傳感器收集到的模擬信號轉換為數字信號。獲取相關數字信息后，再利用單片機對其進行簡單計算與分析，現場可利用LCD顯示出大離心泵當前工作狀態下的振動強度和溫度數據，有利于操作人員做出合理判斷。相關人員可以用U盤為存儲介質，實現數據實時采集與大量存儲功能。大大解決較高的采樣頻率與較慢的數據輸出之間的矛盾。并且，利用以按鍵顯示為主的人際交互系統，大大提高系統的可操作性。另外，在設備正常運作時，收集正常工作的頻譜數據更加有利于故障判斷的準確性。

3.3 數據分析方案

數據分析是對檢測儀記錄的數據進行分析，得出離心泵故障診斷報告的過程。之前通過傳感器收集到的各種振動信號在轉為數字信號之后，我們需要借助計算機技術的強大數據處理功能對其進行數據分析，通過編寫相應的數據分析軟件，幫助我們對數據進行合理的匯總分析，從而得出離心泵故障診斷報告。一般情況下，離心泵工作時其振幅維持在一定范圍之內，但隨著水泵使用年限增加，操作人員沒有及時維護等原因，使得泵體運行存在故障。因此，工作人員必須對水泵進行維修使得其長期安全穩定運行，泵體振動烈度符合國家標準值7.1 mm/s。

3.4 常見故障和解決方法

①故障：泵不吸水，壓力表及真空表的指針在劇烈擺動。

原因：灌注引水不夠，管路或儀表連接處漏氣。

消除方法：再灌足飲水；檢查儀表接頭及封口；擰緊或修好漏氣處。

②故障：水泵不吸水，真空表表示高度真空。

原因：底閥沒有打開或淤塞，吸水管阻力太大，吸水管高度過高。

消除方法：校正并清洗底閥；清洗或更換吸水管，降低吸水高度。

③故障：轉子不平衡。

原因：材料質量，加工，裝配以及運行中多種因素都會造成轉子不平衡。

消除方法：轉子動平衡；修復，對位，消除松動；除垢。

④故障：轉子不對中。

原因：初始安裝對中誤差；不同轉子受熱后的中心線升高量估計不準確，造成冷態對中不準；

消除方法：軸承架熱不均勻；管道力作用；即可變形或移位等。

⑤故障：軸彎曲。

原因： 轉子的固有缺陷，轉自不均勻受熱，預負荷過大，機組啟動時暖機不足等。

消除方法：軸永久性彎曲要校直軸，進行轉子動平衡；軸暫時性彎曲要充分暖機，不能進行動平衡。

⑥故障：繞組溫度過高。

原因：工作阻力增大或散熱能力下降。

消除方法：查看泵室及軸承腔，清除阻力來源，改良水泵散熱方式。

4 結 語

隨著故障診斷技術的不斷發展，離心泵故障的監測也變得越來越簡便。我們希望通過之前的一系列方案設計以及具體的故障消除方法，及時排除腐蝕和雜質對水泵造成的影響，幫助操作人員在工作中有效地監測水泵的振動故障并且排除以振動故障為主的各種故障，將這些方法運用于實際之中，從而保證生產的正常運行。

參考文獻：

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