設備全生命周期狀態監測診斷技術在水泵運維中的應用研究

魏 琳，練俊君，田 波

(重慶川儀軟件有限公司，重慶 401121)

0 引言

水泵是一種用于液體輸送或使液體增壓的機械設備，廣泛用于船舶、石油化工、農業水利、水處理等行業。作為日常生產生活的重要組成部分，水泵設備的故障檢測與診斷顯得尤為重要。常規的設備運維本質上是一種事后維修，通常會降低水泵性能、減少設備使用壽命，造成經濟損失，不利于行業發展[1]。

現代工業社會信息技術的快速發展，為水泵設備運維水平總體提升提供了技術支持。采用設備全生命周期狀態監測診斷技術能夠對設備運行的全生命周期內進行狀態監測，對潛在故障進行預警和預判，實現對水泵設備的主動性和預防性維護，能降低運維成本、保障設備可靠運行，為設備運維管理創造良好條件。

1 水泵特點

水泵作為液體輸送或液體增壓設備，種類繁多，其基本組成如下[1]。①葉輪：水泵核心部件，使水泵作用的液體獲取能量。②泵體：水泵主體，使葉輪封閉在一定的空間內，并匯聚液體導向排出管。③密封環：防止泵體間的液體漏損，承受摩擦，延長葉輪和泵體的使用壽命。④軸封裝置：防止泵體內的高壓液體漏出，同時防止泵體內進入空氣。⑤平衡裝置：防止泵的轉動部分發生軸向傳動，減少磨損、發熱和振動現象。⑥軸承座：為軸承提供支撐。⑦聯軸器：連接泵軸和電機軸。

2 水泵設備運維現狀

泵發生故障是指其機械系統處于功能失常狀態，實際應用中水泵故障監測主要面向對象有：葉輪、泵的轉軸、滾動軸承、密封裝置、潤滑油系統等。其中，泵的轉軸、滾動軸承和潤滑油系統的故障診斷是水泵故障監測的難點之一。常用的故障診斷方法主要有：油液分析法、振動監測和溫度監測[2]。其中，油液分析法的對象是潤滑油油液本身和油中的細小微粒，通過對油液本身進行常規分析和對油中微粒進行光譜分析、鐵譜分析、微粒分析等，判斷已發生非正常磨損的部件及部件非正常磨損程度。振動監測是大型機組設備故障監測和診斷使用的主要方法，通常在故障發生后對振動引發的位移、速度、加速度變化進行測量。溫度監測主要是對軸承溫度的變化進行測量，但溫度反應往往滯后，一般在軸承狀態發生異常后溫度才會上升，不利于早期故障監測[3-4]。這類診斷方法均是在設備性能失效后才能起作用，不利于對設備早期異常情況的監測。一旦設備發生故障，造成非計劃性停機，對人力、財力的損失都是巨大的。設備全生命周期狀態監測診斷技術因其主動性和預防性維修功能，為解決這一問題提供契機。

3 設備全生命周期狀態監測診斷技術

3.1 技術核心

設備內部不同部件之間相互運動時會產生摩擦和沖擊。摩擦和沖擊會產生一種沿固體內部各個方向沿著結構體輻射傳導高頻超聲波能量脈沖。該信號即為應力波信號。研究表明，早期故障特征信號大多集中在由設備內部金屬體發生周期性和隨機性摩擦和沖擊時引發的高頻信號范圍內，設備全生命周期狀態監測與診斷技術正是基于此類信號進行研究分析，實現對設備早期故障的監測診斷。

設備全生命周期狀態監測診斷體系框圖如圖1所示。體系主要包括：傳感器、數據采集箱和分析軟件。傳感器采集現場設備內部相互運動產生的信號，匯聚進入數據采集箱。數據采集箱將處理的多個傳感器信號通過以太網傳入服務器，由服務器上的分析軟件診斷分析設備監測數據，了解設備運行狀況。

圖1 設備全生命周期狀態監測診斷體系框圖

3.2 技術優勢

①通過傳感器對設備運行的全生命周期進行實時在線監測，能夠對設備的非正常狀態在早期作出判斷。

②可對設備運行狀態設定報警閾值，當設備運行異常時是可自動報警。運行狀態分為：設備運行正常、設備運行預警、設備運行故障。設備運行預警表示需要對設備進行檢維修，設備運行故障表示設備運行狀況正在劣化，可能有早期設備故障產生[5]。

③通過分析軟件對設備操作、設備環境參數進行趨勢統計分析，生成設備運行狀態趨勢報告。有了這些數據，設備管理人員可以提早半年制定設備維護或維修計劃，實現對設備健康管理和工廠資產運營的優化。

4 設備全生命周期狀態監測診斷技術的應用

在某鋼廠的三臺水泵上，采用設備全生命周期狀態監測診斷技術對設備運行狀況進行監測，主要完成內容如下。

①選擇每臺水泵的耦合器、泵驅動端、泵非驅動端作為測點[6]，將傳感器安裝在與軸承座相連接的法蘭螺栓上。部署的數據采集箱和計算機通過傳感器從每臺水泵持續性地采集數據，構建一套完整的設備全生命周期狀態監測診斷體系。

②設定每臺水泵運行狀態報警閾值，用于界定當前設備運行狀況。

③對每臺水泵運行的全生命周期內進行實時在線

監測。當設備運行預警時，及時對設備進行檢維修，避免非計劃性停機帶來重大損失。設備故障是一個逐漸發展的過程。當運行狀態繼續劣化進入運行故障時，表明在水泵循環運行過程中，一個早期的缺陷正在水泵部件形成。

鋼廠通過對設備全生命周期狀態監測診斷技術的應用[7-8]，實現對潛在故障的及早預警，使設備管理人員及早采取措施，減少和避免重大事故發生，降低維修費用，從整體上提升了工廠的設備運維能力。

5 結束語

本文中采用的設備全生命周期狀態監測診斷技術對水泵運行的全生命周期進行監測，對水泵整體性能進行故障診斷，并對水泵潛在故障及早發出預警，克服了常規故障監測診斷技術如油液分析、振動監測、溫度檢測等事后預警的缺點，實現對水泵設備運維的主動性和預測性維護功能。