Irina Caras

Samotics

对于依赖流体输送的行业，如水处理、石油和天然气、农业和制造业，离心泵故障带来的绝非仅仅是一种麻烦。一次故障可能会导致代价高昂的停机时间，打乱整个运营秩序，引发昂贵的维修费用，甚至造成灾难性的系统故障。

为了维持泵的高效运行，关键在于从根源上了解故障的原因。通过识别早期预警信号并实施预防性维护策略，不仅能显著延长设备的使用寿命，更能确保生产平稳运行。

机械密封泄漏：泄漏大多数发生于两个密封面之间的接合处，但偶尔也出现在辅助密封区域。导致机械密封泄漏的原因包括干运行、密封圈热变形以及对中不良等。

轴承问题：根据RKB轴承工业集团的一份技术报告，轴承故障最常见的原因是润滑不当（占比80%）导致过热。其它原因还包括轴承选型不当、过载、疲劳磨损等。

叶轮磨损：叶轮磨损最常见的原因之一是腐蚀，但也可能是由于选型不当导致（受力）压力不平衡，进而引发磨损问题。

联轴器相关的问题：大多数联轴器故障是由于对中不良、过载、异常环境因素、扭转振动或润滑不当造成的。

操作不当：如果超出设计运行范围，即使是最先进的泵也会缩短使用寿命。不正确的启停操作、超负荷运行或忽视制造商指南，均可能导致设备过热、过度磨损甚至危险故障。对于电动潜水泵（ESPs）而言，若未保持足够的浸没深度，将引发干运转，最终导致密封失效和电机烧毁。

供电问题：稳定的电力供应对泵的性能至关重要。电压波动、电涌和意外停电会对电机造成严重破坏，导致电机过热、运行效率低下甚至完全故障。

泵的故障绝非偶然，其背后必有原因。无论是由于疏忽、环境条件还是操作失误，故障都可能造成重大损失并影响生产。只有透彻了解泵故障的根本原因，才能有效防患于未然。

1）异常噪音：高频爆裂声（类似爆米花的“噼啪”声）并伴随低频轰鸣声（如同石子流过管道的撞击声）说明发生了汽蚀；高频啸叫声（类似“吱-”的长音）并伴随低频轰隆声及间歇性“咔嗒”声，显示轴承出现了磨损。

2）过度振动：振动增加可能表明轴不对中（错位）、叶轮/转子不平衡或轴承故障。

3）流量或压力降低：输出突然下降可能是由堵塞、漏气或内部磨损引起的。

4）过热：电机或轴承运行温度比平时高，表明润滑不良、过载或电气问题。

5）泄漏或密封损坏：可见的泄漏通常表明密封磨损/老化或内部压力过大。

6）功耗异常：能耗激增可能表明泵效率低下或运行受阻。

尽管所有的泵都面临着常见的故障风险，但ESPs由于其水下运行和复杂的设计而特别脆弱。以下是几种典型的ESPs专属故障及其应对措施。

绝缘劣化和电气故障：由于ESPs在水下工作，绝缘完整性在防止电气故障方面起着重要作用。随着时间的推移，暴露在高温环境、水分渗透及机械应力作用下，绝缘会逐渐劣化，进而增加短路和电机故障的风险。通过定期进行绝缘电阻测试，可在导致停机之前有效识别早期绝缘劣化。

气锁：在石油和天然气应用中，ESPs容易发生气锁，泵送液体中过多的游离气体会扰乱通过叶轮的流动。这会导致效率损失、过热和潜在损坏。为了解决气锁问题，操作人员可以加装气体分离器并优化吸入端设计，以改善液体处理能力。

密封失效与进水：机械密封本是阻止外部液体进入电机的关键屏障，但磨损、压力波动及温度变化等因素会导致密封劣化，从而导致进水和电气故障。定期密封检查和使用压力平衡装置，可以显著延长密封寿命并降低故障风险。

砂粒和固体磨损：深井和油田应用中的ESPs通常在含有大量砂粒和磨料颗粒的环境中运行。这些材料会加速叶轮、扩散体和轴承的磨损，降低泵的效率。利用硬化部件、砂筛和变速驱动有助于最大限度地减少磨损并延长泵的使用寿命。

根本原因分析（RCA）是一种用于确定泵故障的根本原因的结构化方法。通过系统地调查性能问题、维护记录和运行数据，RCA可以识别导致故障的关键因素。故障模式和影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等方法有助于诊断重复出现的问题并制定纠正措施。

电气特征分析（ESA）检查电机电流和电压信号，以检测退化的早期迹象。这种方法对潜水泵特别有益，因为它可以揭示绕组绝缘退化、相位不平衡和机械不对中等问题，从而在故障发生之前及时干预。

振动分析分析振动模式和频率，以帮助识别机械问题，防止其升级。异常振动通常表明不对中、不平衡、轴承磨损或发生汽蚀。实施定期振动监测使维护团队主动干预，可以显著降低非计划外停机时间和维修成本。

热成像检测利用红外成像来检测泵系统中的异常热信号。轴承、密封和电机绕组等部件过热通常表明存在过度摩擦、润滑问题或电气故障。定期的热成像检测有助于及早发现潜在故障，以便在灾难性故障发生之前采取纠正措施。

油和润滑剂分析是一种预测性维护技术，可评估润滑剂的状况并检测金属颗粒、水和污泥等污染物。粘度或酸度的变化或磨损碎屑的存在可能是部件劣化的信号。定期取样和测试有助于延长轴承、齿轮和密封的使用寿命，降低维护成本。

汽蚀检测和分析在涉及汽蚀的情况下非常有用，汽蚀发生在泵内形成和破裂蒸汽气泡时，导致叶轮腐蚀和效率降低。常见的原因包括吸入压力低、流速高、内部回流或泵选型不当。声学监测、压力传感器和流量分析用于检测和减轻汽蚀，防止对泵零部件造成长期损坏。

磨损碎屑分析是一种通过检查油样中存在的颗粒来评估泵健康状况的技术。金属颗粒的大小、成分和数量有助于确定磨损模式和失效模式。光谱和铁谱分析通常用于对磨损类型进行分类，如粘着磨损、磨料磨损或疲劳磨损，从而为制定预防性维护策略提供科学依据。

通过持续跟踪流量、压力、温度及功耗等关键参数，可建立设备性能基准曲线。当监测数据偏离基准值时，往往预示着潜在故障风险。部署具有实时分析功能的远程监测系统，不仅能实现故障早期预警，更能持续优化泵组运行效率与可靠性指标。

潜水泵长期工作在恶劣且难以接近的环境中，使振动分析、红外热成像等传统诊断方法难以实施。而电气特征分析（ESA）技术凭借以下优势，成为潜水泵状态监测的理想选择：

1. 非侵入式监测

ESA分析来自电机的电信号（电流和电压），而不需要实际接触泵。由于潜水泵通常位于水下、井中或危险区域，因此很难对其进行振动或温度测量，而且成本很高。ESA提供了一种远程、非侵入式的方式来监测泵的健康状况，而不会中断运行。

2. 机械和电气问题的早期检测

ESA可以在故障变成灾难性故障之前检测到它们。通过对电流波形异常的分析，ESA识别出以下早期故障迹象：

1）绕组绝缘劣化，导致电机过热及短路风险

2）相位不平衡和电压波动，引发电机效率下降及过早失效

3）转子导条缺陷，表明电机部件可能退化

4）机械对中不良和轴承磨损：通过反映机械应力的电机电流异常波动进行诊断

3. 泵负载和流动异常检测

与主要关注机械方面的振动分析不同，ESA可以诊断与泵负载变化和流动问题相关的问题。电流特征信号的异常变化通常表明：

1）汽蚀，特征为负载不规则波动伴随电机运行失稳

2）吸入或排出管路堵塞，反映为电机电流消耗异常攀升

3）密封和叶轮磨损，因摩擦增加或效率低下而增加功耗

4. 不受恶劣环境的影响

由于ESA依赖于电信号分析而不是物理传感器读数，因此它不受极端温度、高压环境或浸没在液体中的影响。这使其成为深井、污水系统、海上应用和其它难以接近的装置的理想选择。

5. 成本效益和可扩展性

除了卓越的诊断精度外，ESA还是一种极具扩展性和成本效益的泵组监测解决方案。与传统方法需要直接安装传感器不同，ESA无需额外硬件即可实现远程状态评估，这使其在需要监测多个位于难以到达区域的潜水泵的行业中特别有价值。

预防泵故障需要从定期维修转向基于状态的战略性维护。借助ESA、振动监测和油液分析等先进工具，维护团队可以及早发现问题，减少非计划停机时间，并显著延长设备使用寿命。

作者简介：Irina Caras是Samotics公司的特约撰稿人，专注于数据驱动创新与可持续发展领域的深度报道。她长期致力于帮助具有使命感的B2B企业，将复杂的前沿技术转化为引人入胜的行业文章。