李 毅

（華南藍天航空油料有限公司湖南分公司，湖南長沙 410075）

0 引言

泵機組是重要的能量轉(zhuǎn)換及介質(zhì)輸送設(shè)備，是國民經(jīng)濟中應(yīng)用最廣泛、最普遍的通用機械之一，在企業(yè)的正常生產(chǎn)運行中發(fā)揮著舉足輕重的作用。而泵機組一旦發(fā)生故障，對企業(yè)而言不僅僅是經(jīng)濟上的損失，嚴(yán)重時甚至?xí)斐呻y以承受的災(zāi)難性后果。隨著自動化程度的提高，溫度、振動、壓力等運行參數(shù)監(jiān)測儀表以及與PLC、上位機HMI 軟件組成的自控系統(tǒng)得到了比較成熟的應(yīng)用，泵機組也從傳統(tǒng)的人工巡檢、檢維滯后，向?qū)崟r在線監(jiān)控、主動預(yù)警轉(zhuǎn)變，雖然可靠性得到了明顯提升，但整個系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，對檢維護人員的排故查因提出了更高的要求。

本文介紹了現(xiàn)場高壓輸油泵機組運行中出現(xiàn)振動示值不穩(wěn)、嚴(yán)重影響正常作業(yè)的現(xiàn)象，檢維修人員合理利用系統(tǒng)思維，采取有針對性的故障查因及解決方法，能夠快速、準(zhǔn)確地找到故障點，保障高壓輸油泵機組穩(wěn)定運行的案例，為設(shè)備保障人員的檢維護工作提供思路，從而更好地服務(wù)安全生產(chǎn)。

1 高壓輸油泵振動示值不穩(wěn)概況

某現(xiàn)場高壓輸油泵機組一用一備，分別安裝有4 個振動傳感器和4 個溫度傳感器，用來監(jiān)控泵機組運行時軸承、機械密封等部位的工況。高壓輸油泵型號為KDY400-100×3，轉(zhuǎn)速2980 r/min，流量360 m3/h，揚程270 m，電機的電壓和功率分別為10 kV、355 kW。

某日故障時，上位機監(jiān)控系統(tǒng)中顯示的泵機組運行時振動值的情況如圖1 所示。其中，振動變送器型號為VIB-15c，類型為三角剪切壓電晶體，頻響精度±5%，測量范圍0～25 mm/s，頻率為10 Hz～1 kHz。

圖1 某高壓輸油泵機組振動監(jiān)測情況

通常情況下，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)，通過電流信號傳輸至PLC 的I/O 模塊，并通過上位機監(jiān)控軟件，實現(xiàn)人員的實時監(jiān)控（圖2）。使用單位可以依據(jù)廠家推薦值或歷史運行情況均數(shù)值，分別設(shè)置每個測點的高限（5.5 mm/s）及高高限值（7.1 mm/s），從而實現(xiàn)報警預(yù)警、聯(lián)鎖停機等功能。

圖2 傳感器工控系統(tǒng)邏輯

從圖2 可以看出，傳感器測試得到的數(shù)值在傳輸至上位機監(jiān)控電腦進行實時顯示的過程中，涉及到多種硬件及處理軟件，因此在出現(xiàn)顯示數(shù)值超出設(shè)定工作范圍值時，不能單純地認(rèn)為一定是泵機組出現(xiàn)機械故障，如軸承磨損、安裝問題等。雖然這些故障比較常見，在現(xiàn)場設(shè)備的歷史故障檔案中也占比較高，但新設(shè)備、新系統(tǒng)的使用也會產(chǎn)生新的故障類型。傳統(tǒng)的故障檢維修思路就會存在一些不足，容易使檢維修人員陷入死胡同的境地。因此，為了找準(zhǔn)故障點，需要從整個系統(tǒng)出發(fā)，分節(jié)點、有重點地進行針對性測試及排除，以便快速找到故障原因。

2 系統(tǒng)思維在解決振動示值不穩(wěn)故障中的應(yīng)用

系統(tǒng)思維是指在思考和處理問題的時候，把對象互相聯(lián)系的各個方面及其結(jié)構(gòu)和功能進行系統(tǒng)認(rèn)識的一種思維方法。這種方法嚴(yán)謹(jǐn)高效，不失原則性和靈活性，有助于立足整體、抓住要害。系統(tǒng)思維主要由要素、結(jié)構(gòu)、環(huán)境和功能等部分組成，在運用系統(tǒng)思維解決復(fù)雜問題時，首先可以從結(jié)構(gòu)入手，將系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)進行單元要素化，再根據(jù)不同要素的特定功能，分析其對于系統(tǒng)整體的影響。在分析要素的同時，還要充分考慮其所處的不同環(huán)境對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

按照上述思路，結(jié)合控制邏輯圖，可以將上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行要素分解，從泵機組、線路、傳感器、自控系統(tǒng)這4 個方面給出排除方法及解決思路。

2.1 泵機組影響因素的排除

泵機組存在的影響因素可以分為內(nèi)部因素和外部因素，內(nèi)部因素如泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子、軸承、連接螺栓等，外部因素如安裝同心度、管道安裝應(yīng)力、散熱風(fēng)扇等，都可能對泵機組運行時的振動產(chǎn)生明顯的影響，有的甚至比較難以發(fā)現(xiàn)，如散熱風(fēng)扇所帶來的頻率共振現(xiàn)象。通過對泵機組4 個點的振動數(shù)值變化情況進行分析，可以明顯看出，除泵驅(qū)動端測試點外，另外3 個測點的振動值處于允許的運行工況，且一直相對平穩(wěn)，但由于超標(biāo)的振動引起交變負(fù)荷作用產(chǎn)生的交變應(yīng)力非常大，該應(yīng)力會導(dǎo)致輸油泵產(chǎn)生疲勞損壞，對輸油泵危害很大，嚴(yán)重時會造成整泵報廢，因此振動的問題不容忽視。

通過利用VIB-07 多功能振動分析儀，對上述振動監(jiān)測點分別進行振動值動態(tài)比對、軸承狀態(tài)BG 值、BV 值監(jiān)測、噪聲監(jiān)聽以及對泵機組安裝同心度，附件連接及基座螺栓緊固情況，聯(lián)軸器膜片間隙情況進行檢查，綜合分析測試結(jié)果后，初步判斷該泵機組驅(qū)動端振動示值不穩(wěn)并非泵機組本身所導(dǎo)致，排除機械方面的因素。

2.2 系統(tǒng)線路因素的分析

線路的故障日常檢維修中不常出現(xiàn)，但卻也是最難發(fā)現(xiàn)的，因為線路方面往往涉及不同的施工方，如泵機組供應(yīng)商、安裝施工方、電氣儀表施工單位，這三方中某一方?jīng)]有按照安裝要求進行施工或施工標(biāo)準(zhǔn)不高，就會給設(shè)備的正常運行帶來隱患。例如，該系統(tǒng)所用的振動傳感器在接線方面就有儀表的24 V 負(fù)極應(yīng)與4～20 mA 信號的負(fù)極共地連接的特殊說明。因此傳感器至現(xiàn)場接線箱、現(xiàn)場接線箱至PLC 機柜間以及I/O 模塊之間，所涉及的線路存在接地不良、屏蔽性能不足或者動力線路間相互干擾等均有可能導(dǎo)致振動示值不穩(wěn)的情況發(fā)生。針對這一情況，采取先整體后局部的排除思路，通過在振動信號進監(jiān)控系統(tǒng)的末端，利用多用表對信號的電流進行動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)只有驅(qū)動端這個測點的電流呈現(xiàn)跳動顯示情況，與振動示值不穩(wěn)的情況一致，因此基本上可以判斷，該故障點處于線路至傳感器之間。

為了進一步厘清要素之間的影響關(guān)系、找準(zhǔn)故障點，通過更換傳感器至接線箱之間線路、檢查箱體內(nèi)部接地情況、線路屏蔽層完好情況、利用接線箱至PLC 機柜間預(yù)留線路分別進行測試，最終測試的結(jié)果均將故障原因指向振動傳感器。

2.3 振動傳感器的故障解決過程

該系統(tǒng)中所選用振動傳感器類型為剪切式，作為一種在線式的高精度傳感器，其對于安裝有著比較嚴(yán)格的要求，如振動傳感器的軸線應(yīng)與振源的射線共線并盡可能采取水平安裝，變送器芯件應(yīng)與變送器殼體絕緣且應(yīng)具有防松動措施等，這些要求在實際情況中往往容易被安裝及使用單位忽視，因此，有時能找到故障點，卻始終無法解決問題。在這個案例中同樣也遇到了這樣的困擾。

發(fā)現(xiàn)振動示值不穩(wěn)，在排除泵機組自身的機械故障后，已經(jīng)采取互換振動傳感器的方式進行了初步測試，即將泵機組其他三處運行穩(wěn)定的振動傳感器安裝至泵驅(qū)動端處，同時將原安裝在泵驅(qū)動端處的振動傳感器安裝至被替換監(jiān)測點處，測試的結(jié)果表明振動示值不穩(wěn)點仍然出現(xiàn)在泵驅(qū)動端處，且被替換處的振動值顯示穩(wěn)定，進行了多個點的互換，結(jié)果與之前的一致。這樣的測試結(jié)果表明，原該處振動傳感器及其線路并不是引起振動示值不穩(wěn)的原因，與前面測試及判斷的結(jié)果明顯相違背。為了進一步查明故障點，現(xiàn)場又采取單獨給泵驅(qū)動端振動傳感器供電，并通過多用表現(xiàn)場監(jiān)測運行電流，結(jié)果表明振動示值不穩(wěn)的原因還是集中在振動傳感器。

查閱文獻資料發(fā)現(xiàn)，安裝時不同的預(yù)緊力會對剪切式的振動傳感器的靈敏度和頻率響應(yīng)產(chǎn)生明顯影響。如果預(yù)緊力較小，則傳感器的剛度下降，導(dǎo)致共振頻率降低，使得頻率響應(yīng)上限降低，誤差變大。當(dāng)預(yù)緊力增加到一定程度，接近零件結(jié)構(gòu)和敏感元件的承受極限時，將導(dǎo)致零件變形或損壞，引起剛度下降，頻率響應(yīng)上限降低和誤差增大。因此，在安裝時振動傳感器應(yīng)選擇最優(yōu)預(yù)緊力，而這個要求明顯超出了相關(guān)單位的認(rèn)知范圍。最終，現(xiàn)場對泵驅(qū)動端振動傳感器的固定鎖緊螺栓進行調(diào)整，降低預(yù)緊力、增加過盈量，持續(xù)運行測試后，振動示值不穩(wěn)的故障得以解決。

3 結(jié)束語

振動的理論和測量方法比較成熟、簡單易行，因此在設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動監(jiān)測技術(shù)是普遍采用的基本方法。隨著新技術(shù)的投用，尤其是作為信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù)的不斷成熟及應(yīng)用，一方面，顯著提升了設(shè)備運行可靠性，為工業(yè)自動化的發(fā)展進步提供了堅實支撐；另一方面，傳感器自身的高可靠性、長期的穩(wěn)定性及抗惡劣環(huán)境及抗誤報警的能力還有待驗證，同時作為檢維修單位人員的相關(guān)專業(yè)知識也還存在明顯不足。

傳統(tǒng)的簡單診斷能力已不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)的查因排故需求，設(shè)備故障診斷技術(shù)不僅要對設(shè)備的狀態(tài)是否正常作出判斷，更重要的是對故障的原因、部位及嚴(yán)重程度作出準(zhǔn)確評估，從而指導(dǎo)現(xiàn)場做好預(yù)防性維修的工作?，F(xiàn)場的檢維修人員不能墨守成規(guī)，在設(shè)備檢維修作業(yè)過程中要開拓思路，大膽、靈活應(yīng)用科學(xué)高效的思維方法，提升在復(fù)雜系統(tǒng)中抓住重點、厘清難點的能力，并充分運用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和精密診斷技術(shù)，不斷強化企業(yè)的本質(zhì)安全。