设备全生命周期状态监测诊断技术在水泵运维中的应用研究

魏 琳，练俊君，田 波

(重庆川仪软件有限公司，重庆 401121)

0 引言

水泵是一种用于液体输送或使液体增压的机械设备，广泛用于船舶、石油化工、农业水利、水处理等行业。作为日常生产生活的重要组成部分，水泵设备的故障检测与诊断显得尤为重要。常规的设备运维本质上是一种事后维修，通常会降低水泵性能、减少设备使用寿命，造成经济损失，不利于行业发展[1]。

现代工业社会信息技术的快速发展，为水泵设备运维水平总体提升提供了技术支持。采用设备全生命周期状态监测诊断技术能够对设备运行的全生命周期内进行状态监测，对潜在故障进行预警和预判，实现对水泵设备的主动性和预防性维护，能降低运维成本、保障设备可靠运行，为设备运维管理创造良好条件。

1 水泵特点

水泵作为液体输送或液体增压设备，种类繁多，其基本组成如下[1]。①叶轮：水泵核心部件，使水泵作用的液体获取能量。②泵体：水泵主体，使叶轮封闭在一定的空间内，并汇聚液体导向排出管。③密封环：防止泵体间的液体漏损，承受摩擦，延长叶轮和泵体的使用寿命。④轴封装置：防止泵体内的高压液体漏出，同时防止泵体内进入空气。⑤平衡装置：防止泵的转动部分发生轴向传动，减少磨损、发热和振动现象。⑥轴承座：为轴承提供支撑。⑦联轴器：连接泵轴和电机轴。

2 水泵设备运维现状

泵发生故障是指其机械系统处于功能失常状态，实际应用中水泵故障监测主要面向对象有：叶轮、泵的转轴、滚动轴承、密封装置、润滑油系统等。其中，泵的转轴、滚动轴承和润滑油系统的故障诊断是水泵故障监测的难点之一。常用的故障诊断方法主要有：油液分析法、振动监测和温度监测[2]。其中，油液分析法的对象是润滑油油液本身和油中的细小微粒，通过对油液本身进行常规分析和对油中微粒进行光谱分析、铁谱分析、微粒分析等，判断已发生非正常磨损的部件及部件非正常磨损程度。振动监测是大型机组设备故障监测和诊断使用的主要方法，通常在故障发生后对振动引发的位移、速度、加速度变化进行测量。温度监测主要是对轴承温度的变化进行测量，但温度反应往往滞后，一般在轴承状态发生异常后温度才会上升，不利于早期故障监测[3-4]。这类诊断方法均是在设备性能失效后才能起作用，不利于对设备早期异常情况的监测。一旦设备发生故障，造成非计划性停机，对人力、财力的损失都是巨大的。设备全生命周期状态监测诊断技术因其主动性和预防性维修功能，为解决这一问题提供契机。

3 设备全生命周期状态监测诊断技术

3.1 技术核心

设备内部不同部件之间相互运动时会产生摩擦和冲击。摩擦和冲击会产生一种沿固体内部各个方向沿着结构体辐射传导高频超声波能量脉冲。该信号即为应力波信号。研究表明，早期故障特征信号大多集中在由设备内部金属体发生周期性和随机性摩擦和冲击时引发的高频信号范围内，设备全生命周期状态监测与诊断技术正是基于此类信号进行研究分析，实现对设备早期故障的监测诊断。

设备全生命周期状态监测诊断体系框图如图1所示。体系主要包括：传感器、数据采集箱和分析软件。传感器采集现场设备内部相互运动产生的信号，汇聚进入数据采集箱。数据采集箱将处理的多个传感器信号通过以太网传入服务器，由服务器上的分析软件诊断分析设备监测数据，了解设备运行状况。

图1 设备全生命周期状态监测诊断体系框图

3.2 技术优势

①通过传感器对设备运行的全生命周期进行实时在线监测，能够对设备的非正常状态在早期作出判断。

②可对设备运行状态设定报警阈值，当设备运行异常时是可自动报警。运行状态分为：设备运行正常、设备运行预警、设备运行故障。设备运行预警表示需要对设备进行检维修，设备运行故障表示设备运行状况正在劣化，可能有早期设备故障产生[5]。

③通过分析软件对设备操作、设备环境参数进行趋势统计分析，生成设备运行状态趋势报告。有了这些数据，设备管理人员可以提早半年制定设备维护或维修计划，实现对设备健康管理和工厂资产运营的优化。

4 设备全生命周期状态监测诊断技术的应用

在某钢厂的三台水泵上，采用设备全生命周期状态监测诊断技术对设备运行状况进行监测，主要完成内容如下。

①选择每台水泵的耦合器、泵驱动端、泵非驱动端作为测点[6]，将传感器安装在与轴承座相连接的法兰螺栓上。部署的数据采集箱和计算机通过传感器从每台水泵持续性地采集数据，构建一套完整的设备全生命周期状态监测诊断体系。

②设定每台水泵运行状态报警阈值，用于界定当前设备运行状况。

③对每台水泵运行的全生命周期内进行实时在线

监测。当设备运行预警时，及时对设备进行检维修，避免非计划性停机带来重大损失。设备故障是一个逐渐发展的过程。当运行状态继续劣化进入运行故障时，表明在水泵循环运行过程中，一个早期的缺陷正在水泵部件形成。

钢厂通过对设备全生命周期状态监测诊断技术的应用[7-8]，实现对潜在故障的及早预警，使设备管理人员及早采取措施，减少和避免重大事故发生，降低维修费用，从整体上提升了工厂的设备运维能力。

5 结束语

本文中采用的设备全生命周期状态监测诊断技术对水泵运行的全生命周期进行监测，对水泵整体性能进行故障诊断，并对水泵潜在故障及早发出预警，克服了常规故障监测诊断技术如油液分析、振动监测、温度检测等事后预警的缺点，实现对水泵设备运维的主动性和预测性维护功能。