李柏慶

（華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院，河南 鄭州450045；浙江水力水電學(xué)院水力與海洋工程研究所，浙江 杭州310018）

水泵作為長(zhǎng)距離調(diào)水中的主要設(shè)備，水泵性能的好壞很大程度上影響了整套調(diào)水系統(tǒng)的效率。水泵為一種典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，楊志尹等[1]總結(jié)了旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見(jiàn)的故障，包括轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)子不對(duì)中、轉(zhuǎn)軸裂紋、碰磨、流體的渦流激振等。額田啟三[2]列舉了發(fā)生故障的三個(gè)要素，分別是載荷、故障機(jī)制和故障模式，其中載荷指使設(shè)備發(fā)生故障的外部因素；故障機(jī)制指當(dāng)載荷對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響后，使設(shè)備發(fā)生故障的過(guò)程；故障模式指受故障機(jī)制影響后，設(shè)備所表現(xiàn)出來(lái)的故障現(xiàn)象。

設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)都十分重視機(jī)械故障診斷，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷更為重要，因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械使用廣泛且位于設(shè)備工作部位，其性能的好壞對(duì)設(shè)備的影響更加明顯，張宏樂(lè)[3]簡(jiǎn)易診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械時(shí)，分別從檢測(cè)信號(hào)的測(cè)定和簡(jiǎn)易診斷方法原理這兩個(gè)角度進(jìn)行分析，并在某一大型合成氣壓縮機(jī)的故障實(shí)例中實(shí)踐此方法，取得較好的診斷效果。為了盡可能減少故障所帶來(lái)的損失，需及時(shí)診斷故障類型和位置。徐馳[4]對(duì)于狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和在水電機(jī)組、泵站機(jī)組等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的現(xiàn)狀

為快速實(shí)時(shí)診斷水電機(jī)組軸系運(yùn)行中的常見(jiàn)故障，周葉等[5]提出了一種基于支持向量機(jī)的故障診斷及預(yù)測(cè)方法。提取機(jī)組振動(dòng)信號(hào)的頻譜能量作為學(xué)習(xí)樣本，通過(guò)訓(xùn)練建立基于水電機(jī)組軸系運(yùn)行常見(jiàn)故障的分類模型，并進(jìn)行故障類型識(shí)別。柳煬[6]在不同的診斷方法和模型算法的基礎(chǔ)上，新穎地提出了水泵水輪機(jī)故障診斷模型，將概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和故障樹(shù)最小割集劃分結(jié)合使用，全面地對(duì)水泵水輪機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行故障診斷，并計(jì)算該故障的發(fā)生概率。使用傳統(tǒng)方法精確檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組的非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)較為困難，并且精度也不高，黨建等[7]利用排列熵算法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與分析，引入多維度排列熵算法提取出非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)的特征，從而構(gòu)造故障樣本的數(shù)據(jù)。

2 水泵故障診斷的現(xiàn)狀

離心式水泵在工業(yè)生產(chǎn)中被大量使用，因此保證離心泵安全穩(wěn)定地運(yùn)行尤為重要，某電廠高壓多級(jí)離心泵在首次啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，李文偉等[8]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵進(jìn)出口壓力、軸承溫度、振動(dòng)信號(hào)等工藝量參數(shù)，并使用頻譜分析技術(shù)對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)、頻域分析，診斷出給出水泵轉(zhuǎn)子與軸承系統(tǒng)可能存在局部碰摩現(xiàn)象。對(duì)于離心泵，趙鵬[9]重點(diǎn)采用隱Markov模型的故障診斷方法，對(duì)離心泵這種短時(shí)平穩(wěn)的非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行了更加直觀的描述。張立強(qiáng)等[10]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在變工況的試驗(yàn)條件下把振動(dòng)時(shí)域、頻域分析相結(jié)合是找出高速泵振動(dòng)超標(biāo)的有效途徑，可為尋找工程現(xiàn)場(chǎng)中的振動(dòng)源頭提供科學(xué)依據(jù)。張勝國(guó)等[11]對(duì)一個(gè)工作時(shí)振動(dòng)值長(zhǎng)期偏高的離心泵進(jìn)行了診斷，分別測(cè)量了該故障泵的驅(qū)動(dòng)端和流體端垂直及水平方向的振動(dòng)數(shù)值，初步斷定是聯(lián)軸器平行偏角嚴(yán)重不對(duì)中而導(dǎo)致，更換雙膜片聯(lián)軸器使該泵的振動(dòng)幅值回歸正常。潘國(guó)慶等[12]從研究振動(dòng)信號(hào)出發(fā)，主要針對(duì)注水泵站的故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)其特點(diǎn)建立了相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，為提高診斷故障的準(zhǔn)確率選用了正反向混合推理機(jī)制。佟延文[13]利用水泵振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)于離心泵的一些典型故障進(jìn)行模擬，如轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡等，并根據(jù)收集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，提取出表征離心泵故障的特征信息并對(duì)此進(jìn)行分析診斷，可以查找出故障原因。

在生產(chǎn)中小水泵被頻繁使用，在運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生一些故障，而故障會(huì)影響小水泵的運(yùn)行效果和運(yùn)行安全性，需要采取科學(xué)的方法解決這些故障。因此，翟險(xiǎn)峰[14]總結(jié)分析了小水泵運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的故障，并對(duì)其進(jìn)行診斷，而后通過(guò)合理的方法進(jìn)行維修，確保小水泵能夠正常運(yùn)行，保證運(yùn)行的安全性。

某船海水泵在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)較大，聲響異常，存在明顯的故障征兆，楊振等[15]為查明異常狀態(tài)原因，采用Vibexpert振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器采集了該泵電機(jī)和泵體軸承座不同方向上的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行時(shí)頻域分析，得出水泵發(fā)生故障的原因。李春琦[16]介紹了工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，重點(diǎn)分析了齒輪故障出現(xiàn)的主要形式及其產(chǎn)生機(jī)理，由于故障聲信號(hào)常混雜其他聲信號(hào)，會(huì)對(duì)獲取目標(biāo)信號(hào)造成干擾，因此首先利用多層非負(fù)矩陣分解方法分離出故障聲信號(hào)，對(duì)故障聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重、加窗、分幀等預(yù)處理，提取故障聲信號(hào)的梅爾頻率倒譜系數(shù)。邢丹君[17]結(jié)合實(shí)際工程中的泵站機(jī)組，研究其運(yùn)行狀態(tài)，使用層次分析法和熵權(quán)法計(jì)算電機(jī)中定子、主軸、上下及架等結(jié)構(gòu)的權(quán)重，運(yùn)用Matlab仿真驗(yàn)證了水泵機(jī)組的可拓綜合評(píng)價(jià)方法。王芳[18]以景電工程為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)水泵出現(xiàn)了各種病害，由于水泵在水力提灌工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，任何危害都可能對(duì)整個(gè)工程造成極大的損失，他們分析了水泵在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因，并提出了避免和減輕水泵振動(dòng)的處理措施，以期促進(jìn)水泵安全、穩(wěn)定運(yùn)行。牟輝軍[19]討論了旋轉(zhuǎn)設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中很容易發(fā)生故障及產(chǎn)生各種問(wèn)題而影響設(shè)備運(yùn)行，為了減少設(shè)備故障率，使設(shè)備可以較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，故障發(fā)生初期必須及時(shí)診斷和處理設(shè)備，保證機(jī)電設(shè)備以及整個(gè)泵站安全運(yùn)行。顧卿[20]建立了關(guān)于機(jī)泵健康診斷與評(píng)估的系統(tǒng)，是一個(gè)采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)對(duì)機(jī)泵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估的系統(tǒng)，可提供預(yù)警、報(bào)警和故障分級(jí)評(píng)價(jià)等有效信息，能確定設(shè)備早期出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。根據(jù)系統(tǒng)給出的綜合評(píng)價(jià)，合理安排機(jī)泵的維修及部件更換，最大限度地減少設(shè)備維護(hù)成本，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

作為長(zhǎng)距離有壓輸水中決定系統(tǒng)整體效率的設(shè)備，水泵是否能安全高效工作十分重要，因此需及時(shí)確定并找到水泵機(jī)組的故障與發(fā)生原因。診斷水泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障方法主要為：處理振動(dòng)信號(hào)及頻譜分析，再對(duì)其進(jìn)行特征提取，找尋特征信號(hào)中異常的部分，確定故障類型。