紅外熱成像技術在送水泵機組中的應用

徐詩友，吳曉青，徐衛杰

（深圳市水務集團（有限）公司閥門檢測及維修分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

發熱常常是設備損壞或功能性故障的早期征兆，設備發熱是設備維護、預知性檢修所監視的一個關鍵性能參數。維修處理通常在故障明確后進行，存在一定滯后性和突發性，對于關鍵環節的大型機電設備，會產生非計劃性停機時間長、突發性維修費用可控性低等不利因素。對設備發熱問題的定期監視可降低因設備故障而發生的非計劃性停產的可能性，減少維護費用和設備維護的成本。使用FLUKE Ti10 熱成像儀對設備進行檢測，介紹紅外熱成像技術原理，現有水泵機組主要測溫方式，通過實例說明紅外熱成像技術在檢測設備故障中的應用，及對設備精密檢測診斷技術的展望。旨在提早發現設備故障，實現設備狀態預知性維修，為設備的安全運行及合理化維修奠定技術基礎。

1 紅外熱成像技術基本原理

紅外線又稱為紅外熱輻射，是波長（0.75～1000）μm 的電磁波。紅外熱成像是通過光電檢測轉換成可辨別圖像，辨識出物體表面的溫度分布狀況，從而進行設備的故障檢測與分析。

現有的紅外熱像儀是通過光學成像物鏡和紅外探測器檢測被測物體的紅外輻射能量，將其分布狀態通過圖像的方式反映到紅外熱成像儀的光敏部件上，以此來獲取紅外熱成像圖。這種熱成像圖和物體內部的熱分布是想對應的，在物體內部的熱流的擴散途經中，由于物體的傳導性等物理性質的不同，物體內部的熱流將會因暢通無阻的傳遞受阻堆積而形成相對應的“冷區”和“熱區”，這種由內而外表現出的溫度差異，就是紅外熱成像的基本原理。紅外熱成像儀是用來測量熱輻射的能量場，并將其變成可見光強度場，使人可以觀測的儀器，是一種診斷設備故障和線路熱缺陷的先進檢測技術，對設備問題的及時發現、處理，設備的安全運行具有重要作用。

2 水泵機組通用測溫方式

目前，大多數水廠及泵站對送水泵機組的溫度檢測方式主要采用接觸式測溫，這種測溫方式是在被測物體表面安裝溫度探頭等溫度感應元件，將接受到的溫度信號通過感應元件轉換為電信號，再在通信線路上進行信號傳輸，最后通過對信號的處理最終在顯示系統上顯示出所測物體的溫度值。超過廠家預警值后會將信號輸送至中控室發出報警信號。

接觸式測溫方式存在著一定的局限性。測溫的感應元件與所測對象是固定的，當測溫狀態發生變化，如機組振動等會導致感應元件發生線路松動、破損、感應靈敏度下降等狀況，會很大程度的數據的檢測，出現數據不準甚至數據無法傳輸等狀況。測溫對象往往是電磁類設備，其溫度感應元件和傳輸線路容易受到電磁干擾，影響正常測量。接觸式測溫是針對設備某一點的測量，通常是測量設備的一個特定易損部位，但這種測量無法對設備的發熱狀況做到全面檢測。因此在實際生產過程中，可能會出現測量點的溫度在正常范圍內，而非測量點溫度發生異常卻無法及時得到反映，從而影響故障診斷。

3 紅外成像檢測在送水泵機組中的應用

軸承是易損件，對泵的軸承進行定期的檢測很有必要。本次研究采用Ti10 熱成像儀進行紅外數據采集，在設備運轉平穩的狀態下，分別對水泵非驅動端、水泵驅動端、電機驅動端、電機非驅動端和電機機體等5 個點進行紅外溫度檢測。電機軸承的發熱程度用“溫升”而不是用“溫度”，溫升是電機軸承與環境的溫度差，是由電機發熱引起的，當溫升突然增大或超出最高工作溫升允許值時，說明很有可能已經發生故障。泵的軸承進行紅外熱成像檢測，設定檢測的報警值和停機值，通過溫升的高低對設備狀態進行評價。

3.1 實例一

某送水泵機組水泵在運轉平穩狀態下，非驅動端軸承存在異聲，懷疑非驅動端軸承出現故障，且對故障程度無法判斷。對該機組進行紅外成像檢測。

該檢測點的環境溫度為20 ℃，非驅動端軸承紅外檢測結果如圖1a 所示，水泵非驅動端軸承溫度達58 ℃，溫升38 ℃，顯示水泵非驅動端軸承溫度較高。建議對水泵進行振動等檢測，進行針對性維修。經檢測軸承的振動較大，說明軸承故障問題已影響機組運行，建議更換水泵非驅動端軸承。

對軸承進行開蓋檢修，發現該軸承內外圈均有較深劃痕、個別滾動體也有磨損，整體損壞較為嚴重，軸承達到更換標準。檢修情況表明振動、紅外成像診斷無誤。更換軸承后，振動明顯減小，軸承溫升降到15 ℃（圖1b），軸承溫升明顯下降，運行無異聲，機組運行狀態恢復正常。提前發現水泵機組故障，提前有計劃的維修，保障了設備運行安全，杜絕了一系列的安全隱患，為企業減少了巨大的經濟損失。

圖1 非驅動端軸承維修前后紅外成像

3.2 實例二

某送水泵機組水泵在運轉平穩狀態下，驅動端軸承存在異聲，其他地方無異常，對該機組進行紅外成像檢測。

檢測的環境溫度為22 ℃，對驅動端軸承紅外檢測結果如圖2a 所示，水泵驅動端軸承溫度達60.1 ℃，溫升38.1℃，圖像平均溫度56.1 ℃，水泵驅動端軸承溫度較高。對水泵進行振動及激光對中檢測，經檢測，其振動在預警值之內，激光對中角度偏差過大，故建議進行對中校準處理。

根據紅外熱成像及激光對中的檢測結果，對該機組進行針對性的拆機檢修，發現水泵驅動端軸承內滾道有輕微損傷，為了設備的平穩運行，對其進行更換處理，并對聯軸器進行對中校準。經過維修處理，設備運行噪聲降低，機組恢復正常運行狀態。檢修后，軸承溫度為50.5 ℃，溫升28.5 ℃（圖2b），運行無異聲，機組對中良好，運行狀態回歸正常。

圖2 驅動端軸承維修前后紅外成像

本研究針對的大型旋轉設備臥式離心泵機組是水廠、污水廠及泵站的大功率核心生產設備，這兩種設備一旦發生意外性的故障將會給企業帶來巨大的損失。紅外檢測的主要目的是提早發現設備異常，從而對技術維修人員進行預警。參考國家及行業標準，在經過一定量的紅外數據采集后，考慮到設備的重要性，對這兩種設備的狀態評價應分層次的采取較為嚴格的評價標準，制定溫升評價企業標準，設定紅外溫度的檢測報警值和停機值，對設備狀態進行清晰的評價。

4 結語

應用紅外熱成像技術進行設備檢測是精密檢測診斷技術的一種，可以提早發現設備故障，進行預知性維修，提高設備的安全、可靠性和設備運行完好率。過去對于設備問題的發現，是基于水泵出現振動、噪聲等以確定設備出現故障，在設備運行出現問題后進行檢修，存在一定滯后性。預先精密檢測可減少設備非計劃停機的損失，減少非必要維修以提升維修效率、降低維修費用。設備的精密檢測在紅外熱檢測的同時應該配合振動、激光對中等對設備進行全方位檢測，為設備維修從經驗判斷走入科學量化分析探索新方法具有十分重要的意義。紅外、振動等故障檢測方法能做到預知設備故障，在設備維修之后對故障類型和檢測數據進行對照總結，總結大量的設備故障維修經驗后，精密檢測診斷對故障的類型的判斷也將具有指導意義。