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)機械，楊志尹等[1]總結(jié)了旋轉(zhuǎn)機械常見的故障，包括轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)子不對中、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)生故障的三個要素，分別是載荷、故障機制和故障模式，其中載荷指使設(shè)備發(fā)生故障的外部因素；故障機制指當(dāng)載荷對設(shè)備產(chǎn)生影響后，使設(shè)備發(fā)生故障的過程；故障模式指受故障機制影響后，設(shè)備所表現(xiàn)出來的故障現(xiàn)象。

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

1 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的現(xiàn)狀

為快速實時診斷水電機組軸系運行中的常見故障，周葉等[5]提出了一種基于支持向量機的故障診斷及預(yù)測方法。提取機組振動信號的頻譜能量作為學(xué)習(xí)樣本，通過訓(xùn)練建立基于水電機組軸系運行常見故障的分類模型，并進(jìn)行故障類型識別。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故障診斷模型，將概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和故障樹最小割集劃分結(jié)合使用，全面地對水泵水輪機的實時狀態(tài)進(jìn)行故障診斷，并計算該故障的發(fā)生概率。使用傳統(tǒng)方法精確檢測水輪發(fā)電機組的非平穩(wěn)振動信號較為困難，并且精度也不高，黨建等[7]利用排列熵算法對其進(jìn)行檢測與分析，引入多維度排列熵算法提取出非平穩(wěn)振動信號的特征，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)定地運行尤為重要，某電廠高壓多級離心泵在首次啟動運轉(zhuǎn)時，李文偉等[8]實時監(jiān)測泵進(jìn)出口壓力、軸承溫度、振動信號等工藝量參數(shù)，并使用頻譜分析技術(shù)對其振動信號進(jìn)行時、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。對于離心泵，趙鵬[9]重點采用隱Markov模型的故障診斷方法，對離心泵這種短時平穩(wěn)的非平穩(wěn)信號進(jìn)行了更加直觀的描述。張立強等[10]通過試驗發(fā)現(xiàn)，在變工況的試驗條件下把振動時域、頻域分析相結(jié)合是找出高速泵振動超標(biāo)的有效途徑，可為尋找工程現(xiàn)場中的振動源頭提供科學(xué)依據(jù)。張勝國等[11]對一個工作時振動值長期偏高的離心泵進(jìn)行了診斷，分別測量了該故障泵的驅(qū)動端和流體端垂直及水平方向的振動數(shù)值，初步斷定是聯(lián)軸器平行偏角嚴(yán)重不對中而導(dǎo)致，更換雙膜片聯(lián)軸器使該泵的振動幅值回歸正常。潘國慶等[12]從研究振動信號出發(fā)，主要針對注水泵站的故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)其特點建立了相應(yīng)的知識庫，為提高診斷故障的準(zhǔn)確率選用了正反向混合推理機制。佟延文[13]利用水泵振動試驗臺，對于離心泵的一些典型故障進(jìn)行模擬，如轉(zhuǎn)子不對中、不平衡等，并根據(jù)收集到的振動信號進(jìn)行頻譜分析，提取出表征離心泵故障的特征信息并對此進(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，在運行過程中不可避免地會發(fā)生一些故障，而故障會影響小水泵的運行效果和運行安全性，需要采取科學(xué)的方法解決這些故障。因此，翟險峰[14]總結(jié)分析了小水泵運行過程中常見的故障，并對其進(jìn)行診斷，而后通過合理的方法進(jìn)行維修，確保小水泵能夠正常運行，保證運行的安全性。

某船海水泵在運行過程中振動較大，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振動數(shù)據(jù)采集器采集了該泵電機和泵體軸承座不同方向上的振動信號，并對其進(jìn)行時頻域分析，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)實踐中旋轉(zhuǎn)機構(gòu)常見的故障現(xiàn)象，重點分析了齒輪故障出現(xiàn)的主要形式及其產(chǎn)生機理，由于故障聲信號?；祀s其他聲信號，會對獲取目標(biāo)信號造成干擾，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，對故障聲信號進(jìn)行預(yù)加重、加窗、分幀等預(yù)處理，提取故障聲信號的梅爾頻率倒譜系數(shù)。邢丹君[17]結(jié)合實際工程中的泵站機組，研究其運行狀態(tài)，使用層次分析法和熵權(quán)法計算電機中定子、主軸、上下及架等結(jié)構(gòu)的權(quán)重，運用Matlab仿真驗證了水泵機組的可拓綜合評價方法。王芳[18]以景電工程為研究對象，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，任何危害都可能對整個工程造成極大的損失，他們分析了水泵在運行過程中產(chǎn)生振動的主要原因，并提出了避免和減輕水泵振動的處理措施，以期促進(jìn)水泵安全、穩(wěn)定運行。牟輝軍[19]討論了旋轉(zhuǎn)設(shè)備在長期運行中很容易發(fā)生故障及產(chǎn)生各種問題而影響設(shè)備運行，為了減少設(shè)備故障率，使設(shè)備可以較長時間運行，故障發(fā)生初期必須及時診斷和處理設(shè)備，保證機電設(shè)備以及整個泵站安全運行。顧卿[20]建立了關(guān)于機泵健康診斷與評估的系統(tǒng)，是一個采用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)對機泵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測評估的系統(tǒng)，可提供預(yù)警、報警和故障分級評價等有效信息，能確定設(shè)備早期出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。根據(jù)系統(tǒng)給出的綜合評價，合理安排機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)備安全可靠運行。

3 結(jié)語

作為長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，因此需及時確定并找到水泵機組的故障與發(fā)生原因。診斷水泵等旋轉(zhuǎn)機械的故障方法主要為：處理振動信號及頻譜分析，再對其進(jìn)行特征提取，找尋特征信號中異常的部分，確定故障類型。