胡嘉瑋

摘要：水泵故障的發(fā)生，通常伴隨著熱輻射變化?；谶@種認(rèn)識，本文提出在水泵健康管理中采用熱成像技術(shù)，并結(jié)合實例對熱成像技術(shù)應(yīng)用情況展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：熱成像技術(shù) 水泵 健康管理

引言

在水泵健康管理方面，過去主要根據(jù)水泵流量、承壓、電機(jī)電壓等參數(shù)進(jìn)行設(shè)備健康水平的模糊評判，無法實現(xiàn)水泵故障的準(zhǔn)確判斷和檢修。為提高水泵健康管理水平，還要加強(qiáng)熱成像技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合水泵熱圖像實現(xiàn)故障隱患及位置的準(zhǔn)確判斷，為設(shè)備檢修維護(hù)工作的開展提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。因此，需要加強(qiáng)熱成像技術(shù)在水泵健康管理中的應(yīng)用分析，從而對水泵健康狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)管理。

1熱成像技術(shù)概述

熱成像技術(shù)其實就是利用紅外熱像儀對物體表面輻射紅外線進(jìn)行接收和分析的技術(shù)，能夠?qū)⒌玫降募t外線信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而對物體熱圖像進(jìn)行顯示。根據(jù)熱力學(xué)理論，絕對溫度在OK以上的物體都會發(fā)生熱輻射。在物體內(nèi)部分子運動的過程中，會向外輻射出紅外線。根據(jù)物體這一特性，采用熱成像技術(shù)能夠以非接觸方式對物體紅外能量進(jìn)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(jìn)行接收，并且利用光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)紅外能匯聚，使接收到的紅外線得以在系統(tǒng)焦點上聚集。利用探測器，能夠?qū)崿F(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，將紅外能轉(zhuǎn)換為電能經(jīng)過系列的電信號處理可以在顯示器上進(jìn)行熱圖像生成，并顯示相應(yīng)溫度值。利用相關(guān)軟件，可以完成熱圖像及溫度值的分析和計算。從技術(shù)應(yīng)用特點來看，設(shè)備應(yīng)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(shù)在水泵健康管理中的應(yīng)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(yīng)用，是輸送流體或使其增壓的機(jī)械設(shè)備，在運行過程中可能發(fā)生徑向力不平衡、堵塞、污染等問題，造成設(shè)備出現(xiàn)故障或老化，引起設(shè)備動作緩慢或不動作。加強(qiáng)水泵健康管理，能夠通過及時解決設(shè)備運行問題使設(shè)備保持健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定運行。作為機(jī)電類產(chǎn)品，水泵在運行的過程中將受到周圍環(huán)境溫度、自身振動、流體流量載荷等各種因素的影響，導(dǎo)致水泵發(fā)生轉(zhuǎn)子不對中、繞組發(fā)熱等各種故障。單純依靠設(shè)備振動信號進(jìn)行故障診斷，由于設(shè)備主要依靠非線性輸出模式，得到的信號數(shù)據(jù)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(xiàn)水泵健康管理，需要結(jié)合進(jìn)一步加強(qiáng)水泵健康狀態(tài)的分析與判斷。

2.2熱成像技術(shù)應(yīng)用思路

在水泵健康狀態(tài)判斷方面，應(yīng)用熱成像技術(shù)可以對設(shè)備存在的異常和缺陷進(jìn)行判斷，幫助人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障部位。應(yīng)用該技術(shù)，具有直觀、安全、可靠和實時的特點，與設(shè)備其他故障診斷技術(shù)結(jié)合在一起，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的運行隱患，為設(shè)備健康狀態(tài)的調(diào)節(jié)提供可靠依據(jù)。在正常運行的過程中，水泵設(shè)備在電流和電壓作用下會產(chǎn)生一定熱量。而一旦發(fā)生故障，在環(huán)境和自身作用下，水泵零部件之間將產(chǎn)生一定溫差。采用熱成像技術(shù)進(jìn)行水泵溫度異常變化的檢測，能夠通過熱圖像上溫度讀數(shù)對設(shè)備故障發(fā)生部位和原因進(jìn)行判斷，從而使水泵內(nèi)部故障缺陷得到準(zhǔn)確反映。實際應(yīng)用熱成像技術(shù)進(jìn)行水泵運行狀態(tài)分析時可知，在水泵內(nèi)部零部件發(fā)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(fā)熱過程較長，與故障點接觸的流體會形成熱傳導(dǎo)和對流輻射，使水泵內(nèi)部熱量不斷傳遞至外殼，導(dǎo)致設(shè)備外表面熱場分布發(fā)生變化[2]。在穩(wěn)定發(fā)熱的情況下，熱圖像中將以局部過熱形態(tài)向周圍進(jìn)行紅外線的輻射，因此能夠?qū)峁收线M(jìn)行直觀判斷，確定水泵存在故障隱患的部位，并且能夠?qū)收铣潭冗M(jìn)行判斷分析。

2.3熱成像技術(shù)具體應(yīng)用

2.3.1應(yīng)用方案

為加強(qiáng)水泵健康管理，上海城投水務(wù)（集團(tuán)）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(shù)，實現(xiàn)了水泵健康管理系統(tǒng)平臺的建設(shè)。在水泵管理方面，泵站主要通過熱成像攝像頭進(jìn)行水泵運行監(jiān)測，獲得水泵軸承、電機(jī)和泵體等位置的溫度。為加強(qiáng)水泵自動化管理，將熱成像分析軟件與泵站自動化系統(tǒng)對接，將得到的數(shù)據(jù)自動傳輸至水泵健康管理系統(tǒng)上，完成水泵運行過程中溫度參數(shù)的記錄。而水泵的健康管理系統(tǒng)中同時包含其他系統(tǒng)，如振動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)λ迷O(shè)備振動頻譜進(jìn)行獲取對水泵運行各種狀態(tài)參數(shù)信息進(jìn)行綜合判斷，能夠加強(qiáng)水泵健康狀態(tài)的分析和預(yù)測，使水泵運行得到有效管理。根據(jù)系統(tǒng)中積累的設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)展開分析能夠及時發(fā)現(xiàn)水泵故障隱患，由系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)維修預(yù)警。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，人員可以提早實現(xiàn)水泵檢修計劃的制定，加強(qiáng)水泵維修資源調(diào)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(yīng)用分析

實際應(yīng)用熱成像技術(shù)對水泵運行的過熱缺陷進(jìn)行分析，還要結(jié)合缺陷性質(zhì)進(jìn)行缺陷類型的科學(xué)判斷。比如在水泵內(nèi)部出現(xiàn)堵塞缺陷的情況下，水泵內(nèi)部流體溫度將有所升高，水泵泵體散熱性能則隨之下降，導(dǎo)致部件發(fā)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(fā)生內(nèi)部堵塞后，缺陷位置熱輻射能量將發(fā)生變化，導(dǎo)致泵體表面因熱流能量傳導(dǎo)減緩發(fā)生熱輻射能量分布變化，如圖l所示。采用熱成像技術(shù)進(jìn)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(xiàn)堵塞位置的判斷分析。應(yīng)用熱成像技術(shù)對水泵運行狀態(tài)進(jìn)行分析，也能及時防止由過熱引發(fā)的惡性事故。實際在水泵長時間運行過程中，電機(jī)軸承可能會出現(xiàn)溫升情況，一旦長時間過熱將導(dǎo)致軸承損毀事故的發(fā)生。作為轉(zhuǎn)動機(jī)械常見部件，軸承過熱目前在異步電機(jī)故障中比例約達(dá)52%[3]，因此需要加強(qiáng)水泵電機(jī)軸承溫升檢測分析，保證水泵處于安全、穩(wěn)定運行狀態(tài)。如果電機(jī)軸承發(fā)生故障，載荷會發(fā)生不穩(wěn)定變化，導(dǎo)致軸心軌跡變大，軸承滾動體育內(nèi)外圈將產(chǎn)生較大接觸應(yīng)力，導(dǎo)致軸承摩擦發(fā)熱。采用熱成像技術(shù)，可以對軸承溫升現(xiàn)象進(jìn)行觀測。通過設(shè)定軸承上限溫度，系統(tǒng)可以在監(jiān)測到軸承溫度超過限額時發(fā)出報警，確保人員能夠及時確認(rèn)水泵軸承溫升問題，繼而采取有效措施避免故障的發(fā)生。

2.3.3應(yīng)用效果

在水泵健康管理中應(yīng)用熱成像技術(shù)，能夠幫助人員時刻掌握泵站工區(qū)水泵設(shè)備運行情況，為工區(qū)水泵設(shè)備狀態(tài)檢修提供科學(xué)數(shù)據(jù)依據(jù)，從而通過加強(qiáng)水泵設(shè)備科學(xué)管理提高設(shè)備健康運行水平。實際采用熱成像技術(shù)進(jìn)行水泵狀態(tài)監(jiān)測，能夠簡單快速的獲得設(shè)備運行狀態(tài)信息，確保設(shè)備運行健康狀態(tài)得到實時顯示。相較于傳統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)測方法，無需對水泵進(jìn)行停電操作即能完成設(shè)備檢查，所以能夠節(jié)省相應(yīng)的檢修維護(hù)成本，加強(qiáng)設(shè)備預(yù)防性維修。在對水泵運行故障進(jìn)行判斷時，結(jié)合熱成像數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)備過熱點的查找，為設(shè)備故障發(fā)生位置和原因的判斷提供技術(shù)支撐，所以能夠使設(shè)備狀態(tài)維修效果得到保證，為人員改進(jìn)設(shè)備維護(hù)方法提供依據(jù)，繼而使設(shè)備健康管理水平得到提升。

3結(jié)論

在科學(xué)技術(shù)取得不斷發(fā)展的背景下，引入熱成像技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)對水泵運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和分析，能夠通過加強(qiáng)水泵健康管理提高設(shè)備安全運行水平，為企業(yè)發(fā)展注入活力。因此在實踐工作中，還應(yīng)科學(xué)運用熱成像技術(shù)進(jìn)行水泵健康狀態(tài)判斷，從而對設(shè)備進(jìn)行及時、準(zhǔn)確檢修管理，使設(shè)備保持安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]程義巖，張健，周劍鳴，等，方家山核電站凝結(jié)水泵電機(jī)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(fēng)能，2018（06）：92-95.

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