往复式容积泵的监测与诊断 - 文章

往复式容积泵的监测与诊断

作者：SPX Process Equipment, Steve Digby

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为了优化泵的性能，确保有效地进行预防性维修，必须了解泵在任意特定时刻的工作状态。SPX Process Equipment公司的Steve Digby阐述了该公司如何使用电子仪器来监测和诊断它的Luebbe往复式容积泵。

在自动加工过程中，最基本的一个要求就是对加工系统中的各个模块进行电子监测。只要涉及到泵，就需要监测运行数据，例如压力、流速。与此相关的，还需要监测磨损率和运转率，以便在故障真正发生之前提前确定可能发生的故障。可以采用两种方法来监测和诊断，即连续方法和离散方法。

现在SPX PE公司将在线和离线诊断作为Bran + Luebbe泵服务合同的一部分。所采用的连续和离散监测及诊断系统的工作基础是数据采集和自动故障指示。在连续方法中，如果超过了某个预定的极限值，则检测到一个故障状态。这些值必须基于长期的运行经验，同时在运行期间所累积的数据量相当大，所以需要减小数据量以便于处理和存储。

离散系统的运行是以定时数据采集和故障指示为基础的，这意味着不能即时指示故障。但是这远好于什么都没有，而且它使得工作人员能够快速有效地确定实际的问题。使用该系统的主要原因是，它是一种为维修保养管理人员提供帮助的工具，而且它使操作人员可以执行预防性保养程序。两种方法都为泵的操作人员提供了颇具价值的信息，但是需要根据泵的经济效益和应用的重要性来决定是使用连续监测还是离散监测。

连续监测和诊断系统含有大量相当耐用的传感器和数据采集输入仪器，它们需要受到高度保护。此外，需要特殊的软件来进行数据的自动评价。这与离散系统是截然不同的，离散系统基于一个带有数据采集卡的便携式PC和针对特定目的而设计的软件。

SPX PE所开发的两个系统是Novalink-CSM和Novalink-DSM，前者用于在线诊断，后者用于离线诊断。两个系统都以pV图为基础。该图是在泵曲轴的一个整转过程中所生成的，它以泵液压腔中的压力和泵头中的活塞位置为起始点（图1）。

图1：理论pV图

可以从该图中评定的几个关键性能参数包括：

◆ 吸气阀和排气阀中的缺陷
◆ 充液阀或通气阀中的缺陷
◆ 内部安全阀的启动
◆ 吸入管道和/或排出管道内的过度压力脉动
◆ 液压腔或产物腔内的空气
◆ 气穴现象等

此外，还可以确定容积效率或泵头的水能。

在测量和定量给料中，往复式容积泵的泵头完全适合于诊断，因为正是它构成了机械能与液压能转换之间的接口。和所有活塞类机器一样，该过程被描述成pV图。为了生成该图，需要测量泵头内的压力特性，它是时间的函数，还要测量活塞处的触发信号。

当安装在液压室中的压力传感器没有与被泵送的介质相接触时，含有液压驱动式膜片的隔膜泵头就参与离线诊断（图2）。目前的隔膜泵头装备有一个正隔膜位置控制装置，它利用与位置有关的控制销锁紧机制来控制充液阀。隔膜始终被保证可靠运行，即使是在最坏的情况下，即在低于大气压力的NPSHA状态下，它也依然可靠运行。运行过程中可以使用一个快速松脱联轴器将压力传感器连接到液压腔，触发传感器则直接连接到活塞上。

图2：带有诊断接口和传感器的隔膜式泵头

在线诊断

即使相隔很远的距离，在线诊断都能够连续监测泵的性能，它使用以太网或Token Ring网来传输数据。在线诊断给操作人员带来了诸多好处，包括泵状态的永久记录、故障的迅速定位、故障可预测性的提高，泵可用性的增强，从而避免了代价昂贵的停机和对备用泵的需求。

Novalink-CSM系统由以下几个部件组成：每个泵头内的一个压力传输器，用来测量液压腔的压力；一台测量泵驱动器的旋转角度的设备；计算机以及一台运行评价软件的监测PC。泵的状态可以通过“通信信号”的形式被传输到一个过程控制系统或控制室。

泵在运转时，Novalink-CSM生成一个实时pV图，并计算性能参数，其中包括实际效率和平均压力。同时，利用这些与真实工作状态相关的参数来模拟“理想的pV图和性能参数”，它们将充当测得数据的参考值。然后系统检查测得的数据是否落在预测的公差范围内，并生成一份即时状态概要。

离线诊断

Novalink-DSM系统由一台便携式计算机和专门设计的软件组成，该计算机装备有一张数据采集卡。这些装置与压力传感器和触发传感器相连，传感器随成套设备一同提供，并安装在泵头上。测得的数据存储在便携式计算机中，以便今后维修和诊断时使用。

由于采用了简洁的传感器技术，这一活动工具不仅能够收集大量数据，而且提供广泛的诊断方案。其中最普遍的应用类型是在泵工作时，进行功能测试，以及确定导致生产停止的原因在系统中的位置。系统可产生一张运行状态的即时图片，并以pV图（图3）的形式显示出该状态对泵头所产生的影响。

图3：pV图的例子

如果泵运行正常，我们也有可能从pV图所显示的参数中获得其它信息。典型的信息包括水能、体积流速、被泵送介质的可压缩性以及传动机械所承受的载荷。

在线和离线监测诊断不可避免地要取决于具体的应用。连续监测具有相当高的成本效益，这种情况下泵的安装显得颇为重要，该应用的本质在于需要持续不断地获得运行信息。不过，离散系统也颇具吸引力。即使对泵的投资成本相对较低，实施离散监测的经济效益几乎微不足道。唯一的要求是泵含有必需的接口，以便连接数据采集记录器。硬件（传感器）和软件的成本由服务的供应商承担，他们以服务包的形式提供数据采集和评价服务。

总结：如今泵的用户在选择泵时愈发关注泵的整个寿命周期成本。他们所考虑的因素包括最初的投资成本、后续备用件的可用性，以及一些与维护有关的不那么明显的问题，例如停工时间的影响、能耗，以及有效使用正被处理的产品。

采用在线或离线诊断的方法都是为了对泵进行低成本保养，获得泵的最佳正常运行时间。该技术允许保养工程师们查看仍在工作中的泵，以确定与磨损和可能的维修有关的性能和位置。使用诊断技术意味着可以提前发现任何故障，并迅速采取补救措施，在方便的时候使泵停止运转，避免出现代价颇大的故障停机时间。另一方面，技术维护工程师们可以通知用户泵的状况良好。

联系方式：
Mary Anne Johnson
SPX Process Equipment
Ironstone Way
Brixworth
Northants NN6 9UD
UK
电话：01604 889921
电邮：Maryanne.Johnson@processequipment.spx.com(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/16/2006)


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