熱成像技術在水泵健康管理中的應用

胡嘉瑋

摘要：水泵故障的發生，通常伴隨著熱輻射變化。基于這種認識，本文提出在水泵健康管理中采用熱成像技術，并結合實例對熱成像技術應用情況展開了分析，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：熱成像技術 水泵 健康管理

引言

在水泵健康管理方面，過去主要根據水泵流量、承壓、電機電壓等參數進行設備健康水平的模糊評判，無法實現水泵故障的準確判斷和檢修。為提高水泵健康管理水平，還要加強熱成像技術的應用，結合水泵熱圖像實現故障隱患及位置的準確判斷，為設備檢修維護工作的開展提供科學數據支撐。因此，需要加強熱成像技術在水泵健康管理中的應用分析，從而對水泵健康狀態進行科學管理。

1熱成像技術概述

熱成像技術其實就是利用紅外熱像儀對物體表面輻射紅外線進行接收和分析的技術，能夠將得到的紅外線信號轉換為電信號，從而對物體熱圖像進行顯示。根據熱力學理論，絕對溫度在OK以上的物體都會發生熱輻射。在物體內部分子運動的過程中，會向外輻射出紅外線。根據物體這一特性，采用熱成像技術能夠以非接觸方式對物體紅外能量進行探測。在實際工作過程中，紅外熱成像儀會利用物鏡對物體表面輻射紅外能進行接收，并且利用光學系統實現紅外能匯聚，使接收到的紅外線得以在系統焦點上聚集。利用探測器，能夠實現光電轉換，將紅外能轉換為電能經過系列的電信號處理可以在顯示器上進行熱圖像生成，并顯示相應溫度值。利用相關軟件，可以完成熱圖像及溫度值的分析和計算。從技術應用特點來看，設備應具備320x240以上像素，分辨率不超過0.1℃，空間分辨率較小，對變化溫度具有較高的探測精度和較廣探測范圍。

2熱成像技術在水泵健康管理中的應用分析

2.1水泵健康管理分析

水泵在制水、供熱等各種工程中得到了應用，是輸送流體或使其增壓的機械設備，在運行過程中可能發生徑向力不平衡、堵塞、污染等問題，造成設備出現故障或老化，引起設備動作緩慢或不動作。加強水泵健康管理，能夠通過及時解決設備運行問題使設備保持健康狀態，從而實現穩定運行。作為機電類產品，水泵在運行的過程中將受到周圍環境溫度、自身振動、流體流量載荷等各種因素的影響，導致水泵發生轉子不對中、繞組發熱等各種故障。單純依靠設備振動信號進行故障診斷，由于設備主要依靠非線性輸出模式，得到的信號數據將受到電源波動、噪聲等各種因素交織化影響，給水泵故障判斷帶來一定困難。因此想要實現水泵健康管理，需要結合進一步加強水泵健康狀態的分析與判斷。

2.2熱成像技術應用思路

在水泵健康狀態判斷方面，應用熱成像技術可以對設備存在的異常和缺陷進行判斷，幫助人員及時發現設備故障部位。應用該技術，具有直觀、安全、可靠和實時的特點，與設備其他故障診斷技術結合在一起，能夠及時發現設備存在的運行隱患，為設備健康狀態的調節提供可靠依據。在正常運行的過程中，水泵設備在電流和電壓作用下會產生一定熱量。而一旦發生故障，在環境和自身作用下，水泵零部件之間將產生一定溫差。采用熱成像技術進行水泵溫度異常變化的檢測，能夠通過熱圖像上溫度讀數對設備故障發生部位和原因進行判斷，從而使水泵內部故障缺陷得到準確反映。實際應用熱成像技術進行水泵運行狀態分析時可知，在水泵內部零部件發生故障時，紅外熱圖將顯示出以故障點為核心的熱場分布。通常情況下，水泵發熱過程較長，與故障點接觸的流體會形成熱傳導和對流輻射，使水泵內部熱量不斷傳遞至外殼，導致設備外表面熱場分布發生變化[2]。在穩定發熱的情況下，熱圖像中將以局部過熱形態向周圍進行紅外線的輻射，因此能夠對熱故障進行直觀判斷，確定水泵存在故障隱患的部位，并且能夠對故障程度進行判斷分析。

2.3熱成像技術具體應用

2.3.1應用方案

為加強水泵健康管理，上海城投水務（集團）有限公司的制水分公司在下屬泵站管理方面，引入了熱成像技術，實現了水泵健康管理系統平臺的建設。在水泵管理方面，泵站主要通過熱成像攝像頭進行水泵運行監測，獲得水泵軸承、電機和泵體等位置的溫度。為加強水泵自動化管理，將熱成像分析軟件與泵站自動化系統對接，將得到的數據自動傳輸至水泵健康管理系統上，完成水泵運行過程中溫度參數的記錄。而水泵的健康管理系統中同時包含其他系統，如振動監測系統，能夠對水泵設備振動頻譜進行獲取對水泵運行各種狀態參數信息進行綜合判斷，能夠加強水泵健康狀態的分析和預測，使水泵運行得到有效管理。根據系統中積累的設備運行狀態數據，采用大數據技術展開分析能夠及時發現水泵故障隱患，由系統發出相應維修預警。根據系統數據，人員可以提早實現水泵檢修計劃的制定，加強水泵維修資源調度管理，所以能夠通過降低水泵故障率保證泵站高效運行，繼而為上海市居民用水提供保障。

2.3.2應用分析

實際應用熱成像技術對水泵運行的過熱缺陷進行分析，還要結合缺陷性質進行缺陷類型的科學判斷。比如在水泵內部出現堵塞缺陷的情況下，水泵內部流體溫度將有所升高，水泵泵體散熱性能則隨之下降，導致部件發生過熱問題。在正常情況下，水泵泵體表面熱輻射能量為均勻分布。但是在發生內部堵塞后，缺陷位置熱輻射能量將發生變化，導致泵體表面因熱流能量傳導減緩發生熱輻射能量分布變化，如圖l所示。采用熱成像技術進行檢測，可以從溫度分布上完成異常溫度點的查找，從而實現堵塞位置的判斷分析。應用熱成像技術對水泵運行狀態進行分析，也能及時防止由過熱引發的惡性事故。實際在水泵長時間運行過程中，電機軸承可能會出現溫升情況，一旦長時間過熱將導致軸承損毀事故的發生。作為轉動機械常見部件，軸承過熱目前在異步電機故障中比例約達52%[3]，因此需要加強水泵電機軸承溫升檢測分析，保證水泵處于安全、穩定運行狀態。如果電機軸承發生故障，載荷會發生不穩定變化，導致軸心軌跡變大，軸承滾動體育內外圈將產生較大接觸應力，導致軸承摩擦發熱。采用熱成像技術，可以對軸承溫升現象進行觀測。通過設定軸承上限溫度，系統可以在監測到軸承溫度超過限額時發出報警，確保人員能夠及時確認水泵軸承溫升問題，繼而采取有效措施避免故障的發生。

2.3.3應用效果

在水泵健康管理中應用熱成像技術，能夠幫助人員時刻掌握泵站工區水泵設備運行情況，為工區水泵設備狀態檢修提供科學數據依據，從而通過加強水泵設備科學管理提高設備健康運行水平。實際采用熱成像技術進行水泵狀態監測，能夠簡單快速的獲得設備運行狀態信息，確保設備運行健康狀態得到實時顯示。相較于傳統的設備監測方法，無需對水泵進行停電操作即能完成設備檢查，所以能夠節省相應的檢修維護成本，加強設備預防性維修。在對水泵運行故障進行判斷時，結合熱成像數據，能夠準確進行設備過熱點的查找，為設備故障發生位置和原因的判斷提供技術支撐，所以能夠使設備狀態維修效果得到保證，為人員改進設備維護方法提供依據，繼而使設備健康管理水平得到提升。

3結論

在科學技術取得不斷發展的背景下，引入熱成像技術等先進技術對水泵運行狀態進行監測和分析，能夠通過加強水泵健康管理提高設備安全運行水平，為企業發展注入活力。因此在實踐工作中，還應科學運用熱成像技術進行水泵健康狀態判斷，從而對設備進行及時、準確檢修管理，使設備保持安全、穩定運行。

參考文獻

[1]程義巖，張健，周劍鳴，等，方家山核電站凝結水泵電機軸承溫度過高的原因分析[刀.中國核電，2018，11（02）：237-244.

[2]陳少敏，董紅云，湯騰蛟，等。基于熱成像法的散熱器管路臟堵檢測[J].風能，2018（06）：92-95.

[3]程士堅，王瑋，宋曉路，等.熱成像技術在電機表面溫升分析中的應用叨.石化技術，2018，25（05）：95-96.