泵类产品故障诊断的现状及发展趋势

蔡维平　唐友亮

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【摘 要】本文简要的介绍了泵类产品故障原因及其在线监测与故障诊断的内容，给出了故障诊断的基本过程。在此基础上，对泵类产品在线监测与故障诊断技术的现状做出了分析，并对故障诊断的技术发展的趋势做出了预测。

【关键词】泵；在线监测；故障诊断

0 引言

设备的故障诊断技术起源于19世纪产业革命时期，当时的故障诊断技术主要依靠技术专家的知识水平和经验水平，这种方法具有简单方便、经济实用的特点，但对技术专家的知识水平要求较高。随着计算机、信号处理、传感器等技术的发展，当今的机器的在线监测及故障诊断技术已经发展为多种学科交叉，理论与实践紧密结合，并与现代测控技术同步发展的学科。水泵的状态监测与故障诊断技术的发展不仅促进了其理论设计、制造方法的发展与提高，同时也是人们认识到仅仅要求水泵具有优良的性能是远远不够的，一旦其发生故障，可能造成巨大的经济损失和社会危害。美国电力所（EPRI）进行的调查表明：大型的电站锅炉给水泵故障率高达30%以上，而且泵越大故障率越高。据某电力机构调查，国产200MW火力发电机组配备的某类型的给水泵已有8次断轴事故发生，造成了巨大的经济损失。因而，如何提高泵设备的可靠性，保证其安全的、稳定的、长期的、满负荷的优质运行，已成为泵的设计者及机械测控工程学科亟待解决的新课题。

1 泵类产品故障诊断概述

泵发生故障是指其功能失常，即其机械系统处于异常状态。泵是有多个子系统和元素同特定的关系组成的系统。对同一台泵，对于不同的工况，其运行状况也不同。泵发生故障的原因有多方面的因素，主要有：

1）泵的设计不合理（ 结构设计不当、动态性能差等）。例如，叶轮与诱导论配合不好时，就会引起叶轮故障。

2）机械制造与装配不当（加工误差大、配合性质不合理等）例如，某纸业公司，购买的泵由于轴没有经过调质处理，运行时间不长久弯曲、断裂 。

3）泵的安装不当（主要指与其他设备的连接超差、基础变形等）。

4）泵的维修不当。维修过程改变或破坏了原有的动态性能和配合性质等。

5）泵的运行状态不当，例如，润滑状态不良、工艺过程参数不匹配等。

6）泵经长期运行，其零部件发生引力集中及磨损，性能变差，这种故障属于自然故障。

7）泵的操作不当（违章改变工况、超负荷运转等）。当泵的设计工况与实际工况相差太大时，会引起故障。例如，如果泵长时间地小流量运行，由于回流大，不仅效率低，还会引起泵的故障，产生的典型故障有：轴承寿命缩短或损坏、泵振动大、泵转子窜动等。

由此可知泵的故障是由于多种原因引起的，而且往往是由于多种原因耦合的结果。所以，故障与其征兆也往往不是一一对应的，这就给故障诊断带来了困难。

泵的在线监测和故障诊断主要是针对泵的整机性能，比如对泵的运行参数（吸入真空度、效率等）、机械运行状态（位移、振动、零件磨损、轴承润滑油温度和液位）以及噪声进行检测，采集信号，进行分析，预测故障发展趋势，并根据故障性质和趋势，做出决策，干预其工作过程。

其具体诊断过程可用图1表示。

当前泵的在线检测及故障诊断技术的主要内容：选择适当的监测方式和合适的部位，以获得泵运行的最优信息，从中提取泵的故障征兆，然后判断泵运行是否正常，进行早期诊断和预报。根据征兆确认故障的部位、程度、原因和性质，提出合理的治理和控制措施，防止或消除故障，对原设计、制造、装配等提出改进措施。由此看来，泵的故障诊断不仅仅是其运行和维修的新技术，更为重要的是它提高和改进了泵的设计及制造质量。

2 泵类产品在线监测及故障诊断方法的现状

泵类产品的故障诊断的主要对象包括：泵轴振动、滚动轴承、机械密封装置、叶轮、润滑油系统等。

1）对于单行小型泵，目前对其诊断的方法主要是依靠技术人员的感觉器官，通过听取运行噪声，对振动的判断以及停机检查的方法来对泵进行故障诊断。该方法具有操作方便，经济实用的特点。但是要求技术人具有较高的工作经验水平，而且往往要定时检查，浪费人力资源，不能实现实时监测。

2）对于大型的泵和泵站的泵的，目前已有了许多在线监测和故障诊断系统。这些系统能够实现实时在线监测和故障诊断功能 。但是也存在着不足之处，主要表现在以下几点：

（1）对机械密封装置无能为力

机械密封故障是泵的多发故障之一，也是故障中最难解决的难题之一。目前尚无有效的措施予以解决，难点在于它的可监测性差，没有很好的参数来反映它的性能。因此，机械密封装置的监测与故障诊断是泵的在线监测与故障诊断问题中亟待解决得的问题之一。

（2）泵的振动监测及故障诊断技术

泵的振动监测和故障诊断主要内容包括：泵的转轴和滚动轴承的振动监测与故障诊断。目前许多水泵机组缺少振动监测系统，一旦发生振动故障，往往造成检修困难，停机时间长、经济损失较大的后果。虽然有工人定期检查，由于人的主观因素，会造成过度检修，而且，对突发事件无能为力。由于泵的振动机理及表现形式较为复杂，目前需要解决的难题有：（一）监测方式；（二）防潮性能；（三）兼容性能。

（3）润滑油系统

润滑系统是泵设备中较为重要的一部分，它的好坏直接决定了泵的机械性能及其零部件的寿命，而且其零部件的磨损情况也可以通过对润滑油的成分分析获得。因此，选择合适的参数及方法，获得较为全面的故障信息，对泵的整机的在线监测及故障诊断具有较为重要的意义。

（4）轴承温度监测

水泵水轮机的主要监测项目之一是轴承温度，采用的是对温度的绝对值和变化率进行监测，但是这种方式，往往是在轴承状态发生异常，出现温度上升之后才进行监测，所以要在早期的微侯阶段检出异常情况就很困难。另外，由于轴承可能出现在启动时温度高，停止时温度低，也可能在启动时低，停止时高的现象，所以，如何设定轴承的温度警报值也是一个很困难的问题。

4.2 依据不同的专业需求，分层次教学

我校各专业对线性代数的需求各不相同，所修课程的知识内容也有所差异。充分考虑学生的能力和需求，将线性代数课程整合优化为分层次模块化的教学体系，以适应社会对工科不同专业学生代数水平的要求。在课程的内容及其结构上，根据各专业的需求，将线性代数课程进行有机整合，形成新的模块和体系[7]。模块化后的课程分为基础模块、提高模块两大模块，将各专业共同必需的知识点作为必修的模块内容，纳入基础模块；提高模块主要是针对专业要求较高、学时较充裕，基础较好的学生，在基础模块的知识点上，加入更深入更全面的内容。其中基础模块包含的内容为行列式，矩阵，线性方程组，提高模块包含的内容除了基础模块的内容还增加了矩阵对角化，二次型和线性空间的内容。这样我们可以依据不同的专业需求，选择合适的模块进行教学。达到教学的最优化。

5 结束语

在科学技术迅猛发展的今天，高科技的出现无疑给线性代数教学工作高效的开展带来了机遇，同时也带来了严酷的挑战。如何适应高速发展的现代化社会，如何能够培养出符合21世纪的创新型人才，提高线性代数的教学质量，应该成为每一位从事线性代数教学工作的工作者长抓不懈的任务。提高线性代数的教学质量这项工作值得每一位从事线性代数教学工作的工作者不断的去探索，去实践，去创新。

【参考文献】

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[责任编辑：杨玉洁]