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矿山排水泵故障诊断方法研究

发表时间：2020/1/9 来源：《电力设备》2019年第19期作者：邵长锋

[导读] 摘要：排水泵是矿山企业的重要生产设备，其运行状况与矿山的安全生产息息相关。

        (中国恩菲工程技术有限公司北京 100038)
        摘要：排水泵是矿山企业的重要生产设备，其运行状况与矿山的安全生产息息相关。本文首先阐述了水泵运行中的常见故障及其常规诊断方法，接着分析了基于泵声音的综合故障诊断方法及其各部分的系统构成，对水泵的在线故障诊断具有一定的参考意义。
        关键词：排水泵；诊断方法；泵声音
        一、排水泵的常见故障
        在矿山企业，井下排水泵是矿山安全生产的咽喉设备。排水泵的常见故障主要包括水泵转子故障、滚动轴承故障、联轴器故障、汽蚀故障和电动机故障等，不同的故障呈现出的特性亦不同[1]。
        （1）水泵转子故障主要由于电机转子本身材质缺陷，如材质不均匀、质量偏心、转子弯曲、联轴器不平衡等，以及后期腐蚀、磨损或零件松动等外部因素造成偏心，而引起转子不平衡。同时由于泵站粉尘会部分吸附在转子上导致转子质量不均。这种转子不平衡故障随转子旋转会伴随震荡响应现象[2]。
        （2）轴承故障主要为：当新泵首次运行或者旧泵更换了新轴承后因为安装时径向紧力太大，轴承体内润滑油不足，使水泵转子旋转吃力，轴承的温度也会升高；轴承中保持弹珠间距的固定支架与内圈间隙过大；轴承的内圈、外圈或弹珠磨损严重；轴承严重损坏等。
        （3）水泵运行中的汽蚀现象是由于在液体输送过程中，由于液体压强、温度的下降，导致水体出现气泡。当气泡发生破裂时，便会对水泵形成一定压力。汽蚀的发生会引起水泵振动及加大运行噪声[2]。
        二、常规故障诊断方法
        当前，矿山企业在排水泵运行过程中，一般通过人工诊断或监测水泵的电流、温度、振动、压力、流量等参数对水泵的运行状态做出判断。
        2.1人工诊断
        （1）水泵正常运转时，伴随发生的声响总是具有一定的音律和节奏。由水泵巡检人员采用耳听的方法，通过人的听觉判断水泵内部出现的松动、撞击、不平衡等隐患。
        （2）由巡检人员用手的触觉监测设备的温度、振动及间隙的变化情况。手触摸水泵表面，估计泵体的温升情况、振动的强弱变化，以判断泵体运行是否正常。
        （3）利用巡检人员的视觉观察水泵有无松动、裂纹及其他损伤等；巡检人员通过手动测量工具和直接观察表面状况，监测水泵工作状况，把观察的各种信息进行人工分析，对设备是否存在故障、故障部位、故障的程度及故障的原因作出判断。
        （4）由于上述诊断方法仅靠巡检人员根据个人经验对水泵的运行状态做出判断，均为故障发生后的补救措施，该方法费时费力，不能及时有效准确的监测水泵的运行状态对水泵故障做出准确判断。
        2.2 利用监测运行数据判断
        （1）采用水泵自动化控制系统，给每台水泵配置监测电流、温度、振动、压力、流量等参数的传感器，当某一传感器参数超过预设值时，水泵自动化控制系统依据超标参数种类及大小相应做出保护动作或报警，维修人员根据故障数据检查水泵并核实故障信息。
        （2）该方法仅依靠有限的某些终端传感器做出故障诊断，特别是当某一终端传感器故障或精度不足时，经常会发生误报或漏报的情况。由此引起生产无故停车、反复开停机或安全事故的发生，造成人力物力的浪费、运行成本的提高以及影响安全生产。同时该方法不能根据故障类型给用户提供合理的故障诊断报告及设备检修报告。
        三、基于泵声音的综合故障诊断方法
        基于泵声音的综合故障诊断方法采用多信息融合技术，将水泵运行时的声音和水泵运行时的电压、电流、温度（轴承、线圈绕组）、振动及排水管压力、流量等参数一起，建立水泵智能控制系统，形成泵音专家库及水泵预维护专家库，多数据深度融合、综合研判，对水泵潜在故障或发生的故障自动做出判断，并自动给出故障诊断报告及设备检修方法，用以指导企业进行设备维护，在一定程度上解决了当前水泵故障诊断方法存在的费时费力、不及时、不准确、不可靠，误报、漏报水泵故障信息，影响企业安全生产的不足。
        3.1系统组成部分
        本系统主要由数据采集终端、泵音专家库、声音频谱智能分析装置、水泵预维护专家库、水泵智能控制器、声光报警模块、人机接口模块、电源回路模块、网络通讯装置、远程监控平台等组成。
        （1）数据采集终端包含声音采集模块、电压&电流采集模块、温度采集模块、振动采集模块、压力采集模块、流量采集模块等。
        （2）泵音专家库是声音频谱智能分析装置工作的知识库，用来存储：①水泵现场的声音采集模块采集到的实时声音数据；②水泵在各种工况下（正常、故障）的声音数据；③专家基础数据。
        （3）声音频谱智能分析装置接收来自水泵现场声音采集模块采集来的数据，并利用泵音专家库，基于频谱矢量根据水泵运行声音智能分析判断。
        （4）水泵预维护专家库和水泵智能控制器配合工作，综合声音频谱智能分析装置、电压&电流采集模块、温度采集模块、振动采集模块、压力采集模块、流量采集模块等数据，对水泵潜在故障或发生的故障自动做出判断。
        （5）声光报警模块包含LED警示灯、智能语音模块、消音装置三部分。当发生故障时，LED警示灯间断闪烁，智能语音模块自动播报故障信息，并提示维护人员检查设备，消音模块用于用户关闭智能语音模块作业，LED警示灯直到告警或故障消除后自动关闭或手动关闭。
        （6）人机接口模块是水泵运行维护人员与水泵故障诊断系统之间建立联系、交换信息的输入/输出的接口，如触摸屏、计算机、键盘、显示器和打印机等。它们是故障诊断系统与水泵运行维护人员交互信息的窗口。
        （7）电源回路模块主要为诊断系统提供低压交流/直流控制电源，由低压开关、熔断器等组成。
        （8）网络通讯装置是一种连接水泵智能控制器与远程监控平台的网络交换机。
        （9）远程监控平台是以通信和网络技术为基础，远程监控水泵状态信息、控制水泵运行，人机交互的窗口。
        3.2系统网络结构
        系统主要由现场设备层、现场执行层、通讯管理层和主控层组成。现场设备层与现场执行层采用硬接线或RS-485总线组网，RS-485总线以屏蔽双绞线为通讯介质。现场执行层与通讯管理层、主控层与通讯管理层均采用以太网组网。系统网络由网线、以太网交换机等设备组成。交换机用于本地局域网组网，为网络节点提供网络接入点，同时提供稳定的网络带宽，对于需要远距离传输的系统节点采用光纤介质通讯。

                     图1系统网络结构示意图
        四、结语
        本故障诊断方法能够对水泵潜在故障自动做出预判断，并在一定程度上提高了故障诊断的及时性、准确性，增加了水泵运行的可靠性、稳定性、连续性，降低了矿山企业的运维成本，减少因水泵维护失当、欠维护给企业带来的安全风险及经济损失。
        参考文献：
        [1]李栋，袁文琦，刘跃，李慧元，孟国营. [J]. 煤矿机械,2014，35(09):274-276.
        [2]薄一龙.基于故障树的煤矿排水泵故障分析[J].陕西煤炭,2019，(2):61-63.