船用臥式自吸離心泵溫度檢測技術研究

一、檢測原理

溫度檢測的核心原理是基于物質的熱物理性質與溫度之間的固有函數(shù)關系。在船用臥式自吸離心泵中，溫度是表征其機械運行狀態(tài)、流體介質特性及熱交換效率的關鍵物理量。

1. 接觸式測溫原理：普遍的是熱電偶效應與熱電阻效應。

   • 熱電偶原理：基于塞貝克效應，將兩種不同材質的導體一端焊接（測量端）并置于被測溫度點，另一端（參考端）保持恒定已知溫度。當測量端與參考端存在溫差時，回路中會產生熱電勢。通過精確測量該熱電勢，即可根據(jù)熱電偶分度表確定測量端的溫度。其科學依據(jù)是不同金屬的自由電子密度不同，在溫度梯度下產生擴散電流而形成電勢差。

   • 熱電阻原理：基于金屬或半導體的電阻值隨溫度變化的特性。對于鉑、銅等純金屬，其電阻值與溫度在特定范圍內呈良好的線性正相關關系（通常滿足Callendar-Van Dusen方程）。通過惠斯通電橋等精密電路測量電阻元件的阻值變化，即可換算出溫度值。

2. 非接觸式測溫原理：主要基于黑體輻射定律。

   • 紅外測溫原理：任何高于絕對零度的物體都會向外輻射紅外能量。其輻射功率與波長分布與物體表面溫度存在確定關系，遵循普朗克輻射定律。通過紅外傳感器探測泵體特定部位（如軸承座、機械密封腔）表面的紅外輻射強度，經(jīng)過算法處理，即可獲得該點的表面溫度。此方法適用于運動部件或高電壓區(qū)域的溫度測量。

二、檢測項目

船用臥式自吸離心泵的溫度檢測項目需系統(tǒng)性地覆蓋其關鍵熱生成與熱傳遞部件。

1. 軸承溫度檢測：軸承是泵的核心旋轉支撐部件，其溫升直接反映潤滑狀況、裝配精度、負載大小及是否發(fā)生磨損、點蝕等故障。通常在軸承座的外圈位置設置測溫點。

2. 機械密封/填料函溫度檢測：密封部位是易發(fā)生摩擦生熱的關鍵點。溫度過高會導致密封面液膜汽化、O型圈老化、填料燒損，引發(fā)泄漏。測溫點通常設置在靜環(huán)壓蓋或填料函壓蓋處。

3. 泵體與介質溫度檢測：監(jiān)測泵殼溫度有助于判斷泵內運行狀態(tài)。

   • 進口介質溫度：作為基礎參數(shù)，影響介質粘度、汽蝕余量及泵的選型運行。

   • 出口介質溫度：與進口溫度對比，可計算泵的溫升，間接反映泵的效率（部分能量損失轉化為熱能）及是否存在異常內泄漏或干摩擦。

   • 泵殼表面溫度：輔助判斷內部腔體溫度分布及保溫效果。

4. 電機溫度檢測：雖然電機獨立于泵，但作為驅動源，其溫度（特別是繞組溫度和軸承溫度）是聯(lián)鎖保護的重要參數(shù)，通常由電機自帶的熱保護元件（如PTC熱敏電阻、PT100）提供信號。

5. 潤滑系統(tǒng)溫度檢測：對于強制潤滑系統(tǒng)，需監(jiān)測潤滑油供油溫度和回油溫度，以評估冷卻器的效率和油品的劣化情況。

三、檢測范圍

船用臥式自吸離心泵的溫度檢測要求因其應用行業(yè)和輸送介質的特殊性而具有廣泛性和特定性。

1. 船舶動力系統(tǒng)：用于主機冷卻、缸套水冷卻等。檢測范圍需覆蓋環(huán)境溫度至90°C，要求傳感器耐海水腐蝕、抗振動沖擊。

2. 船舶壓載與消防系統(tǒng)：溫度范圍通常為-25°C（寒冷海域）至60°C。監(jiān)測泵在啟停頻繁工況下的軸承和密封溫度。

3. 貨油裝卸系統(tǒng)：輸送原油、成品油等。溫度檢測范圍寬，從常溫至超過80°C（加熱原油），且要求傳感器和儀表具備防爆認證（如Ex d， Ex i），測量系統(tǒng)需考慮介質易燃易爆特性。

4. 化學品運輸船系統(tǒng)：輸送各類化學品，溫度檢測需考慮介質的腐蝕性、聚合性。傳感器接液部分材質需與介質相容，溫度范圍因化學品特性而異。

5. 海上平臺與工程船：用于海水提升、泥漿輸送等。工況惡劣，溫度檢測需兼顧高濕度、高鹽霧環(huán)境，測量范圍需滿足可能的高揚程帶來的溫升。

四、檢測標準

國內外標準對船用泵的溫度限值、測量方法和傳感器要求均有明確規(guī)定。

1. /國外標準：

   • ISO 5198《離心泵技術條件》：對泵的振動、噪聲和溫升提出了通用性要求。

   • API 610《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》：作為標準，明確規(guī)定軸承箱外表面溫度不應高于環(huán)境溫度+40°C，且高不超過80°C。對測溫元件的安裝和報警、停機值設定有詳細規(guī)定。

   • ABS（美國船級社）、DNV（挪威船級社）、LR（英國勞氏船級社）等船級社規(guī)范：對裝船設備的溫度監(jiān)測和保護系統(tǒng)有強制性要求，確保船舶安全。通常要求關鍵泵的軸承溫度配備現(xiàn)場表和遠程報警。

2. 國內標準：

   • GB/T 5656《離心泵 技術條件(Ⅱ類)》：等效或參照ISO標準，規(guī)定了泵在工作條件下的溫升限制。

   • CB/T 標準系列（船舶行業(yè)標準）：如CB/T 3670《船用離心泵》等，結合中國造船實踐，對船用泵的軸承溫升、密封部位溫度提出了具體限值。

   • CCS（中國船級社）《鋼質海船入級規(guī)范》：詳細規(guī)定了用于重要系統(tǒng)的泵，其驅動電機和泵本體的溫度監(jiān)測和自動保護要求。

對比分析：API 610標準在石油化工領域應用廣，要求為嚴格，常被視為高端泵的設計制造基準。各船級社規(guī)范則更具強制性，側重于船舶整體安全性。國內標準與標準正逐步接軌，但在一些細節(jié)和材料認可上仍有自身特點。

五、檢測方法

1. 在線連續(xù)監(jiān)測：

   • 方法：在軸承座、機械密封壓蓋等關鍵部位永久性安裝埋入式Pt100熱電阻或熱電偶，通過溫度變送器將信號連續(xù)傳送至控制室PLC/DCS系統(tǒng)。

   • 操作要點：測溫元件安裝孔需填充導熱硅脂以確保熱傳導良好；安裝位置應能真實反映被測點溫度，避免位于熱流死區(qū)；信號線需采用屏蔽電纜，并做好接地，防止電磁干擾。

2. 便攜式巡檢：

   • 方法：使用手持式紅外測溫槍或熱成像儀對泵的各個部位進行非接觸式掃描。

   • 操作要點：確保被測表面發(fā)射率設置正確；測量時注意避開蒸汽、灰塵等干擾；對發(fā)現(xiàn)的異常熱點，應結合接觸式測量進行復核。熱成像能提供整體的溫度場分布，利于發(fā)現(xiàn)隱蔽熱故障。

3. 定期離線檢測：

   • 方法：在泵停機檢修時，使用校準過的精密鉑電阻溫度計和標準熱電偶，插入預留的測溫孔或直接接觸清洗后的軸承進行精確測量。

   • 操作要點：需待設備完全冷卻至環(huán)境溫度后再開始基準測量；所有測量儀器需定期溯源至基準。

六、檢測儀器

1. 接觸式溫度傳感器：

   • 鉑熱電阻（Pt100）：精度高、穩(wěn)定性好、線性度佳，是工業(yè)領域常用的溫度傳感器，尤其適用于-200°C至+500°C的范圍。船用通常要求防護等級IP67以上，鎧裝結構。

   • 熱電偶（K型， T型等）：測溫范圍寬、響應速度快、結構堅固。K型（鎳鉻-鎳硅）適用于0-1200°C；T型（銅-康銅）適用于-200~350°C，耐濕性好。船用需注意補償導線的選用與安裝。

2. 非接觸式測溫儀：

   • 紅外測溫槍：便攜、快速、安全。測量精度受表面發(fā)射率、距離系數(shù)和環(huán)境條件影響較大。適用于日常巡檢和故障初步排查。

   • 紅外熱像儀：可生成整個泵體的熱分布圖像，直觀顯示溫度場，能有效發(fā)現(xiàn)軸承不對中、冷卻管路堵塞、保溫層損壞等局部過熱問題。技術特點是高空間分辨率和溫度靈敏度。

3. 溫度變送器與顯示儀表：

   • 溫度變送器：將傳感器的電阻或毫伏信號轉換為標準電流信號（如4-20mA）或數(shù)字信號（HART， Profibus-PA等），實現(xiàn)遠傳和抗干擾。船用要求具備本質安全或隔爆性能。

   • 溫度顯示控制儀：接收變送器信號，進行顯示、設定報警值和輸出控制信號。

七、結果分析

檢測獲得的數(shù)據(jù)需通過科學的分析方法進行評判。

1. 絕對溫度值分析法：將測得的溫度直接與標準、規(guī)范或設計允許的高限值進行對比。例如，若軸承溫度超過API 610規(guī)定的80°C或廠家給定值，則判定為異常。

2. 溫升分析法：計算關鍵部位溫度與環(huán)境溫度的差值（ΔT）。

   • 軸承溫升：新泵或大修后的泵，在額定工況下穩(wěn)定運行的溫升應為一個穩(wěn)定值。若溫升突然或逐漸增大，表明可能存在潤滑不良、負載增加、裝配間隙變化等問題。

   • 泵出口-進口介質溫升：在絕熱條件下，理論溫升 ΔT = (P * (1-η)) / (c * ρ * Q)，其中P為軸功率，η為效率，c為比熱容，ρ為密度，Q為流量。實測溫升顯著高于理論計算值，可能暗示內部摩擦嚴重、葉輪口環(huán)磨損導致內回流增大等效率下降故障。

3. 趨勢分析法：通過歷史數(shù)據(jù)繪制溫度-時間趨勢圖。緩慢的、單調上升的趨勢通常預示著磨損的積累（如軸承疲勞）；溫度的急劇飆升則可能意味著突發(fā)性故障（如保持架斷裂、干摩擦）；周期性波動可能與工況變化或旋轉部件的周期性摩擦有關。

4. 相對比較法：對于多臺同類設備，在相同工況下進行橫向對比。某一臺泵的軸承溫度持續(xù)顯著高于其他泵，即使未超絕對限值，也預示著該泵存在潛在故障，應優(yōu)先安排檢查。

評判標準：綜合以上分析方法，建立分級評判標準：

• 正常：絕對溫度與溫升均在允許范圍內，趨勢平穩(wěn)。

• 預警：溫度或溫升接近限值的80%-90%，或出現(xiàn)緩慢上升趨勢。需加強監(jiān)測，安排計劃性檢查。

• 報警：溫度或溫升達到或超過限值?？刂葡到y(tǒng)應發(fā)出聲光報警，操作人員需采取調整工況、檢查潤滑等措施。

• 跳閘/停機：溫度達到高高限值（通常比報警值高5-10°C），為防止設備損壞，聯(lián)鎖系統(tǒng)應自動停機。