污水厂离心泵的故障分析及其消除方法

曹国曦

摘 要：离心泵广泛应用于冶金，采油，电力，水力，水处理等行业中，它的运行状态直接对工作效率与安全作业至关重要，而泵体经常发生的故障之一就是设备产生了由于老化等原因造成的振动，而这种振动信号反映了泵体的运行状态信息。因此，加强对离心泵的维护与管理，防止故障的发生，具有十分重要的意义。文章旨在通过结合离心泵的工作原理和介质特点，对离心泵的运行状态进行监测并运用计算机技术消除各种故障从而保证其正常供水。

关键词：离心泵；故障分析；消除方法

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0099-02

生活污水处理工艺中离心泵是非常重要的设备。离心泵常有的故障就是振动，而这种故障会导致一系列连锁效应，甚至会导致生产系统的瘫痪以至于无法正常工作，给企业乃至社会造成经济上的巨大损失。故障诊断为保证设备安全运行的一种基本措施，能够有效的预报设备的早期故障，以振动信号作为水泵故障诊断的基础，能够有效判断故障产生原因，分析故障并提出对策，对隐患进行处理，以消除或是减少意外事故的发生。

1 针对生活污水处理离心泵的故障分析

离心泵是污水治理常用的一种水泵，作用在于在为整个水处理流程提供势能或供压。虽然理性泵种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。主要构件为旋转的叶轮和固定的泵壳。叶轮直接对液体做工，泵壳则为一蜗形转能装置。工作基本原理为：离心泵叶轮高速旋转使得离心泵在引力的作用下提升和输送污水。

离心泵的故障一般包含两个层面：一是由于离心泵的工作条件不正常而造成的离心泵系统偏离正常工作状态，这类故障的常用解决方法为对调整离心泵参数；二是由于系统偏离正常的功能无法保证离心泵的基本功能。离心泵故障有以下两种特点：①随机性；②多层次性。

污水介质来源复杂，其中包含大量纤维物、沙砾、塑料薄片和其他大量杂物。颗粒直径大大超过一般的水处理系统介质。所以，水泵一般设置在粗格栅后，但仍然还有直径在20 mm以上的杂物会进入泵体。

在工作过程中，水中沙砾会对泵叶有磨蚀的作用，而且介质密度的升高会造成水泵经常在过载情况下工作。纤维物会缠绕在水泵导叶或散热通道上，体积较大的杂物甚至会直接对泵体造成堵塞情况。再由于介质营养物较多，闲置的的水泵多数会有生物腐蚀和化学腐蚀发生。以上对水泵损坏均会导致水泵加速老化，继而对水泵运行的效率降低。

所以，用于生活污水治理的离心泵容易故障频发。在条件允许的情况下应该重点留意，噪声、振动、电流、温度等指标，同时降频使用能让机器故障率大幅减少。离心泵原理图，如图1所示。

2 离心泵振动故障诊断方法

离心泵故障分析技术利用现代信号处理技术准确采集设备作业状态时的各种信号，之后再去噪或变化频谱，从而提取有效的信息，参照标准参数范围分析故障及原因，采取有效手段解决故障。通常有以下几种方法。

2.1 按诊断方法原理分类

按诊断方法原理可分为：频域诊断法，时域诊断法，统计分析法，信息理论分析法。

①频域分析法：设备运转时，不同的部件以不同的频率进行振动，表征某部件振动特征的频率成为该部件的频率。一个部件的特征频率有一个或多个。频率幅值：是指部件在某一特征频率上振动的总能量。当频率幅值发生变化，就表明相应的故障也在发展。通过对“特征频率”和“频率幅值”的分析，就可以准确地判断出故障发生的部位及严重程度。

②时域分析法：时域幅值分析法和时域波形分析法。时域幅值分析法研究信号幅值最大值和最小值，幅值的平均值和波动程度，平均幅值等，并通过这些参数对故障进行诊断。时域波形诊断法主要通过对时域波形形状的分析，对特定的故障进行诊断。

2.2 按检测手段分类

按检测手段分类：温度检测断法，振动检测诊断法，噪声检测诊法。

①振动检测诊断法：离心泵的动态检测有位移（振幅）、速度（烈度）、加速度（冲击力）三个参数，高转速机械或高频振动，利用加速度值来描述振动烈度更准确些，而对于低转速或低频振动，利用位移值来描述振动烈度更准确

②温度检测断法：轴承温度是一般不能超过75度，在管线设计中，管线的设计温度是不能超过泵的最大使用温度的，否则会对泵造成损坏，所以，一旦离心泵轴承温度超过这个范围则表明存在故障。

3 离心泵振动故障消除方法

3.1 振动信号的采集

振动信号的采集是利用各类传感器把机器振动时的响应以电量的方式检测出来，一般将响应的传感器转换成电信号以便处理。

通常我们要在计算机上进行信号分析和处理，就必须把我们测量得到的时间历程的模拟信号转换为计算机能够识别的二进制数字量，因此，首先要对模拟信号进行采集和量化。

公式：X*（t）=X（t）*β（t）****

其中，X*（t）——采样后的数字信号；

X（t）——被采样的模拟量；

β（t）——采样函数（脉冲函数）。

连续信号经采样后得到的离散信号X*（t），它对应的频谱是Z*（f）是原信号的同期开拓。如果模拟信号中含有高频成分，则是我们需要排出的噪声信号，采样前利用抗混频的前置低通滤波器，衰减和限制被采样信号的最高频率，使噪声信号造成的误差减小到最低。

解决频混的方法：

①提高采样频率以满足采样定理，一般取到Fs=（2.56-4）Fmax；

②用低通滤波器过滤掉不需要的高频成分。

3.2 信号处理

信号采集经过信号预处理使得故障诊断的结果才会更加可靠，再经过信号的数据处理，获得用与故障分析的各种图形，常用的振动信号分析方法有以下几种：波形分析法、轴心分析法、频谱分析法等，其中，频谱分析法是最常用的故障诊断方法。

我们这里通过使用C8051F340单片机来实现对信号进行相关处理。C8051F340单片机自带10位AD转换器，能够精确地将传感器收集到的模拟信号转换为数字信号。获取相关数字信息后，再利用单片机对其进行简单计算与分析，现场可利用LCD显示出大离心泵当前工作状态下的振动强度和温度数据，有利于操作人员做出合理判断。相关人员可以用U盘为存储介质，实现数据实时采集与大量存储功能。大大解决较高的采样频率与较慢的数据输出之间的矛盾。并且，利用以按键显示为主的人际交互系统，大大提高系统的可操作性。另外，在设备正常运作时，收集正常工作的频谱数据更加有利于故障判断的准确性。

3.3 数据分析方案

数据分析是对检测仪记录的数据进行分析，得出离心泵故障诊断报告的过程。之前通过传感器收集到的各种振动信号在转为数字信号之后，我们需要借助计算机技术的强大数据处理功能对其进行数据分析，通过编写相应的数据分析软件，帮助我们对数据进行合理的汇总分析，从而得出离心泵故障诊断报告。一般情况下，离心泵工作时其振幅维持在一定范围之内，但随着水泵使用年限增加，操作人员没有及时维护等原因，使得泵体运行存在故障。因此，工作人员必须对水泵进行维修使得其长期安全稳定运行，泵体振动烈度符合国家标准值7.1 mm/s。

3.4 常见故障和解决方法

①故障：泵不吸水，压力表及真空表的指针在剧烈摆动。

原因：灌注引水不够，管路或仪表连接处漏气。

消除方法：再灌足饮水；检查仪表接头及封口；拧紧或修好漏气处。

②故障：水泵不吸水，真空表表示高度真空。

原因：底阀没有打开或淤塞，吸水管阻力太大，吸水管高度过高。

消除方法：校正并清洗底阀；清洗或更换吸水管，降低吸水高度。

③故障：转子不平衡。

原因：材料质量，加工，装配以及运行中多种因素都会造成转子不平衡。

消除方法：转子动平衡；修复，对位，消除松动；除垢。

④故障：转子不对中。

原因：初始安装对中误差；不同转子受热后的中心线升高量估计不准确，造成冷态对中不准；

消除方法：轴承架热不均匀；管道力作用；即可变形或移位等。

⑤故障：轴弯曲。

原因： 转子的固有缺陷，转自不均匀受热，预负荷过大，机组启动时暖机不足等。

消除方法：轴永久性弯曲要校直轴，进行转子动平衡；轴暂时性弯曲要充分暖机，不能进行动平衡。

⑥故障：绕组温度过高。

原因：工作阻力增大或散热能力下降。

消除方法：查看泵室及轴承腔，清除阻力来源，改良水泵散热方式。

4 结 语

随着故障诊断技术的不断发展，离心泵故障的监测也变得越来越简便。我们希望通过之前的一系列方案设计以及具体的故障消除方法，及时排除腐蚀和杂质对水泵造成的影响，帮助操作人员在工作中有效地监测水泵的振动故障并且排除以振动故障为主的各种故障，将这些方法运用于实际之中，从而保证生产的正常运行。

参考文献：

[1] 黎慧青.离心泵汽蚀磨损失效分析对策措施研究[D].广州：华南理工大 学，2011.

[2] 赵鹏.离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现[D].北京：华北电力大 学，2011.

[3] 席玉洁.离心泵故障诊断专家系统的应用研究[D].北京：北京化工大

学，2011.