开题报告的文献综述

时间：2023-04-01 03:02:24 论文范文我要投稿

开题报告的文献综述

　　由于开题报告是用文字体现论文的总体构想，因而篇幅不必过大，但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题说清楚，一般应该包含一下几个部分：总述、提纲、参考文献、写作方法、进度安排。

开题报告的文献综述

　　硕士学位论文开题报告及文献综述课题名称学号姓名学院机械与储运工程学院学科专业指导教师完成时间：

　　开题报告

　　1.1课题来源

　　1.2研究意义

　　2.1离心泵故障状态监测现状

　　2.2管道泄漏检测研究现状

　　2.3存在的不足

　　3.1论文主要研究内容

　　3.2论文采用的技术路线

　　1.1油气能源的重要性

　　1.2管道的特点及应用 10

　　1.3 设备系统的故障耦合作用 12

　　二、离心泵的结构、工作原理及主要故障形式 13

　　2.1 离心泵的基本构造及工作原理 13

　　2.2 离心泵的性能参数及曲线 15

　　2.3 离心泵常见故障分析 18

　　三、故障诊断现状及趋势 20

　　3.1 故障诊断现状 20

　　3.2 故障诊断发展趋势 2

　　7四、管道泄漏检测方法综述 27

　　五、输油泵与管道耦合故障诊断方法综述 29

　　参考文献 30

　　开题报告

　　一.课题来源及研究意义

　　1.1 课题来源

　　本论文的课题来源于以下两个项目课题：

　　1)国家自然科学基金——********(编号：);

　　1.2 研究意义石油是维持我国经济高速发展的战略性资源，中国目前70%的石油通过管道运输。

　　石油是维持我国经济高速发展的战略性资源，石油管道则是保障能源供给、关系国计民生的基础性设施。

　　中国目前 70%的石油通过管道运输，石油管道总里程已接近万千米，其中原油管道1.99 万千米，成品油管道1.81 万千米。

　　石油管道运输生产系统的安全不仅关系到人民群众的生命财产安全和生态环境安全，还关系到国家的能源安全。

　　管道和泵机组好比是人体循环系统中的“血管” 和“心脏”，它们分别是石油管道运输生产系统中最为关键的静设备和动设备，其运行的稳定性直接决定了整个输油系统的安全性。

　　中国现有管道中的 60%已运行20 年左右，存在管线老化、腐蚀穿孔等问题，管道进入事故多发期，并且管线占压、打孔盗油等人为因素所导致的管道破坏也时有发生。

　　此外，与之相配套的储运设施也存在着超期服役等问题，这些因素都严重影响了石油输送的安全运行。

　　其输送的油品具有高压、易燃、易爆等特性，使其在输送和存储等过程中存在着很多安全隐患，并且系统机械结构复杂，控制参数繁多，且调节操作频繁，易引起“连锁反应”。

　　如果发生一般事故，如停泵，将造成一定的经济损失。

　　一旦发生火灾、爆炸事故，不仅直接经济损失巨大，而且还将造成人员伤亡，甚至影响国民经济。

　　对其开展故障诊断对确保整个储运生产系统的安全运行有重要意义，有助于减少误报警、减少非计划停机、给出合理的维修策略，对于保护油气生产安全、人员生命财产、生态环境具有重要的意义。

　　二.国内外研究现状及不足2.1 离心泵故障状态监测现状机械设备运行状态的监测技术已经从单凭直觉的耳听、眼看、手摸，发展到采用现代测量技术、计算机技术和信号分析技术的先进的监测技术，诸如超声、声发射红外测温等。

　　人工智能、专家系统、模糊数学等新兴学科在机械状态监测技术中也找到用武之地。

　　机械动态信号分析方法和应用技术放方面新近的发展有：采用空间域滤波的预处理、采用Vold=Kalman 滤波的多轴阶比信号分析技术、适于非平稳信号的基于Wigner-Ville 分布分析、小波(wavelet)变换方法、混沌分析方法、智能传感与检测技术及与VXI 总线一起平台相关的技术等。

　　当前国内外较典型的状态监测方式主要有3 离线定期监测方式。

　　测试人员定期到现场用一个传感器依次对各测点进行测试，并用磁带机记录信号。

　　数据处理在专用计算机上完成，或是直接在便携式内置微机的仪器上完成;

　　这是当前利用进口检测仪器普遍采用的方式。

　　采用该方式，测试系统较简单，但是测试工作较繁琐，需要专门的测试人员。

　　由于离线定期监测，不能及时发现突发性故障。

　　在线监测离线分析的监测方式(主从机监测方式)。

　　在设备上的多个测点均安装传感器，由现场微处理器从机系统进行各测点的数据采集和处理，在主机系统上由专业人员进行分析和判断。

　　这种方式是近年在大型旋转机械上采用的方式。

　　相对第一种方式，该种方式免去了更换测点的麻烦，并能在线进行检测和报警;

　　但是该种方式需要离线进行数据分析和判断，而且分析和判断需要由专业技术人员参与。

　　自动在线监测方式。

　　该种方式不仅能实现自动在线监测设备的工作状态，即使进行故障预报，而且能实现在线地进行数据处理和分析判断;

　　由于能根据专家经验和有关准则进行智能化的比较和判断，中等文化水平的值班工作人员经过短期培训后就能使用。

　　该种方式比较先进，既不需要认为更换测点，也不需专门的测试人员和专业技术人员参与分析和判断，但是软硬件的研制工作量很大。

　　在国内，泵测试技术的发展相对较慢，其历程可以简要的划分为两个时期:20 世纪80 年代以前和20 世纪80 年代至今。

　　20 世纪80 年代以前，属于指针式测试系统时期。

　　泵的测量基本采用分立式仪器和仪表测量各种物理量。

　　例如，用弹簧压力计测压力，用文吐里流量计测流量，用电流表、电压表等测电力参数。

　　在这一时期，泵测试系统存在测试仪表众多，成本高，体积庞大，可靠性差，试验人员多，工作量大，效率低，试验误差大等问题。

　　在这种条件下，为了得到性能优良的水力模型，往往需要反复进行多次模型试验，而且时间效率极低。

　　20 世纪80 年代至今属于测试系统的自动化时期。

　　这个时期正是计算机技术、通信技术和智能控制技术高速发展的时期，自动控制领域日新月异，智能仪表、先进的控制系统等则层出不穷。

　　这给泵测试技术带来了契机，人们面临的困难迎刃而解。

　　智能电磁流量计、超声波流量计、转矩转速传感器、微机扭矩仪、电子计算机、单片机等先进的智能电子装置迅速地被应用于新一代的水泵测试系统中，极大的提高了水泵测试系统的自动化程度、测试精度、响应速度和人工效率。

　　在国外很多国家，泵测试领域的研究起步较早，泵计算机辅助性能测试系统的使用很普遍，其测试精度和自动化程度较高。

　　尤其是美国、英国和德国等国家，泵测试技术的发展走在我们的前列，泵测试系统呈现高集成、小体积、可移动、多功能、设备全和易操作等特点。

　　美国TecQuipment.Inc 生产的CentrifugalPumpTest Set 是一台用于离心泵测试的装置，为研究离心泵在不同扬程、流量和转速下的特性提供了新的测试方英国TQEducationand TrainingLtd 研发的离心泵测试台结构紧凑，操作方便灵活，采用数字式仪表实时显示所测得的转速、转矩和功率值，用文丘里管测量水泵的流量，研究分析了泵的汽蚀现象，并能得到离心泵的性能，如泵的流量和扬程特性，泵的流量和效率特性等等。

　　同样，ArmfieldLimited 公司设计的多泵试验台可以得到不同类型泵的运行特性，通过用直流半导体闸流管控制器进行变速调节，能够测量离心泵、涡轮泵、轴流泵和齿轮泵的扬程、流量、功率和扭矩等参数，并绘制泵的性能曲线。

　　德国 FLUIDON Company 公司生产的汽车冷却水泵试验台用于测量快速转动泵的效率、磨损和流量，可以测试转速高达7500r/min 的快速旋转泵，其允许的最大流量是150L/min，电动机的最大驱动功率是30kw。

　　综上可知，目前国内泵测试装置的自动化程度还不是很高，国外发达国家的泵测试系统的自动化水平普遍高于国内。

　　随着市场经济的不断深入和完善，技术理论的日趋成熟，生产检测自动化水平的提高以及市场对高精度检测的不断需求，泵测试技术将逐渐向测量仪器的自动原位校正标定、宽测量范围、多功能融合、智能化、方便的网络控制和数据共享等方向发展。

　　2.2 管道泄漏检测研究现状石油变得越来越重要，带动了石油工业，管道运输作为一种主要的石油运输方式，也得到了迅猛发展。

　　随着管道工业的发展，泄漏检测技术也得到了进步。

　　伴随油气田的开发，油气管道的安全运行越来越受到广泛的重视。

　　在管道建设过程中，即使在铺设、安装及运行时达到了相应的质量标准，但管道的老化依旧是不可避免的。

　　在管道事故中, 腐蚀、施工、材料缺陷及外部干扰是造成管道故障的主要原因。

　　施工和材料缺陷造成的管道故障往往出现在管道运行的初期, 腐蚀造成的管道事故大多出现在管道运行的后期。

　　油气管道泄漏检测方法根据测量手段、测量媒介、检测装置所处的位置和检测对象的不同，大体上可分为直接检测法与间接检测法、基于硬件与软件的检测法、内部检测法与外部检测法、监测管壁状况和监测内部流体状态的方法，其中用得较为广泛的分类方法就是根据测量手段将检测方法分为直接检测法和间接检测法。

　　直接检测法是利用安装在管道外边的检测器，直接检测漏到管外的输送液体或其挥发气体，从而达到检漏目的的方法，直接检漏法有：人工分段巡视法，机载红外线法，声发射技术，电缆传感器技术，光纤传感器技术，土壤检测技术，超声波流量测定技术，蒸汽测定技术，激光遥感技术等;

　　间接检测法是指通过监测管道运行参数的变化，如检测流量、声音、压力等物理状态的变化，利用数学模型和计算机软件来推断出是否出现泄漏、并确定泄漏量大小和泄漏点位置。

　　间接检漏法有：水压或气压试验检测、体积或质量平衡法、压力点分析法(PPA)、负压波法、光学检测法、声发射技术法、动态模拟法以及统计检漏法等。

　　国际上泄漏检测和定位的方法的研究已有几十年的历史，从最简单的人工分段沿管道巡视发展到基于分布式数据采集系统的软硬件相结合的方法，从陆上检测发展到海底检测，甚至利用飞机或卫星遥感技术等进行空中对地下管道的检测等等，涉及范围之广，使用方法之多，可见，管道泄漏检测技术是多学科多领域知识的综合。

　　尽管我国的管道检测研究起步较晚，但和发达国家的技术交流很多，而且国家对管道安全的重视程度也越来越大，因此发展很快。

　　目前开展这方面研究的单位很多，如中国石油大学、北京科技大学、清华大学、大连理工大学、天津大学、西安交通大学、重庆大学等，提出了一些方法并作出部分产品，目前在实际中的应用较广泛，取得了较不错的效果。

　　2.3 存在的不足储运生产系统作为一个完整的水力学、动力学系统，管道与机组，管道自身、机组自身各个部件间都有复杂的耦合作用关系。

　　传统诊断方法往往忽视了这些耦合关系，“头痛医头，脚痛医脚”。

　　这在很大程度上缺失了信息间整体、内在的关联判据，因而无法克服误报警率高的诊断难点。

　　原油管道输送是在一个密闭的环境中进行的，泵和管道组成了一个相对完整的水力学系统，某一方运行工况的改变都会对另一方产生影响。

　　在机组运转的状态下，流体一机械一电磁三部分是相互影响的。

　　例如，当液体流动激起机组转轮部件振动时，机组轴系也会发生振动，旋转轴系振动的影响会导致电机转子与定子之间气隙不对称变化，由此产生的不平衡磁拉力会造成机组轴系的振动，而机组主轴系统的运动状态发生变化后，又会对输油泵的流场及电机的磁场产生影响

　　目前国内外对这种耦合作用关系的研究才刚刚开始，现有的研究主要集中在机组自身各个部件间的耦合作用关系上，即机组多种故障耦合诊断的研究，如转子系统碰摩故障、油膜振荡及碰摩和油膜振荡相互作用的耦合故障。

　　中国石油大学(北京)的王明达在其博士论文中首次提出泵机组与管道耦合故障诊断的概念。

　　其基本思路为：对当前的管道压力进行实时异常捕捉，如果捕捉到管道压力异常，那么就对管道两端运行中的机组进行状态识别;

　　如果此时机组处于平稳输送状态，那么就认为管道发生了泄漏，否则认为该压力异常为机组工况改变所引起，取消该管道压力异常。

　　管道压力异常捕捉管道、机组实时过程数据检测到异常? 机组状态波形谱计算机组状态判据机组处于平稳输送状态? 存在的不足：仅考虑机组对管道的影响，侧重于减少管道误报警;

　　仅考虑机组的工况变化对管道造成影响，未考虑气蚀、叶片损坏等耦合故障。

　　三、研究内容与技术路线3.1 论文主要研究内容 (1)泵机组、管道耦变规律研究机械设计角度及动力学特征分析。

　　对“泵-管道”研究机组机械传动原理，分析耦变工况及耦合故障产生原因，研究瞬态过程中关键部件，或子系统，如：离心泵叶轮的分布、止推轴承位置及受力状态、入口状态，总动水头、管道输送工艺变化等的动力学变化规律;

　　分别研究转速、载荷和运行参数标准化后，对诊断准确性的影响，提取敏感特征。

　　寻找系统宏观动态性能与水力参数、机械结构参数、电磁参数之间的内在规 (2)泵机组、管道耦合规律的实验验证改装现有“油气管道及站场设施安全事故模拟”试验平台，使其可以模拟启泵、调阀、分输等耦合工况以及叶片磨损、气蚀等耦合故障。

　　安装电流、振动、压力、流量等传感器，采集电流、振动、压力、流量等信号;

　　根据泵机组、管道耦合规律的分析结果，设计实验方案，模拟不同耦变工况及耦合故障。

　　选择几种典型的耦变工况及耦合故障，研究这几种状态下，“泵 -管道”各自的行为参数、特征参数变化;

　　(3)泵机组、管道故障诊断与融合决策方法研究单故障、正常、耦合状态工况识别方法研究。

　　耦合工况的识别与耦合故障诊断方法研究。

　　分析参数的敏感性，选择合理的状态参数建立输油泵机组与管道的实时状态模型。

　　多传感器数据融合方法研究。

　　特征层信息融合。

　　利用“主成分分析法”筛选特征，获取优选特征向量;

　　决策层信息融合。

　　对信度函数、似真函数和优选特征向量等信息，用 D-S 证据融合，求解各工况置信度区间，作为各类工况的边界。

　　3.2 论文采用的技术路线论文采用的技术路线图四、预期研究成果泵机组、管道耦合规律耦变工况产生及传播机理等动力学问题研究，系统宏观动态性能与水力参数、机械结构参数、电磁参数之间的内在规律。

　　泵机组管道耦合系统实验平台改装现有“油气管道及站场设施安全事故模拟”试验平台，设计实验方案并进行相关实验。

　　故障诊断与融合决策方法耦合工况的识别与耦合故障诊断方法、多传感器数据融合方法的实现。

　　泵机组与管道的耦变规律研究泵与水力参量的耦合作用研究管道水力参量的耦合作用研究寻找耦合内在规律耦变规律的实验验证研究“泵 -管道” 各自的行为参数、特征参数变化泵机组、管道实时状态单故障正常耦合转子不平衡轴弯曲轴承工作异泵机组故障管道泄漏

耦合工况耦合故障气蚀叶片故障振动数据、管道压力、电流等理论指导泵机组、管道故障诊断与融合决策方法研究验证方法是否合理理论指导

五、论文进度安排2011.09- 2012.01 2012.02- 2012.05 2012.06- 2012.10 2012.11- 2013.03 2013.04- 2013.05 课程学习文献调研泵机组、管道耦变规律研究设计实验方案并进行相关实耦合系统故障诊断算法研究数据融合方法研究撰写论文，

毕业答辩

文献综述

一、引言 1.1 油气能源的重要性现在的时代正式工业全球化的时代，各国对能源的需求处于前所未有的状况。

　　由OPEC 对全球经济命脉的影响程度，可以清楚的认识到石油天然气能源所占有的重要而独特的地位。

　　我国处于工业化进程加速阶段，重化工业的快速发展，对能源的需求强劲。

　　同时，由于我国经济增长方式转变、产业结构调整还刚刚起步，实质性提高能源利用效率还需要一段时间。

　　所以，在未来的几年里我国对能源的强劲需求是毫无疑问的。

　　与此同时，我国东部主力油田已进入中后期，稳产难度越来越大，已出现总量递减趋势，全国原油产量的稳定和增长将主要依靠西部和海上油田的增产。

　　目前，我国石油生产仍处于上升时期,但受资源条件的制约，产量增长十分有限。

　　因此，我国石油的供需缺口将会进一步扩大，经济增长与能源需求的矛盾日益凸显中国充满爆发力的石油需求一直被视为近两年来国际油价大涨的关键因素。

　　目前中国已取代日本成为全球第二大石油消耗国(仅次于美国)，预估10 年内中国的石油需求将从目前的每日600 万桶膨胀近一倍至1150 万桶。

　　十年前中国进口石油占整体石油需求的比例才6%，现在已经提高到三分之一，到2020 年预期将有 60%的石油都必须来自进口。

　　汽车工业将是汽柴油消费最主要的生意推动力。

　　乙烯工业的发展将使化工用油进一步上升，中国需要进口更多的石脑油。

　　今 20年，国内原油产量虽然将继续呈上升趋势，但增幅有限，预计 2010 2020年产量将分别达到1.7 亿吨和1.8 亿吨左右大量需求能源，归根结底还是由于人类的各种需求的增长，因此我们的一切工业活动都应在以人为本的前提下开展，可是各式各样的能源运送造成了严重的环境污染，影响了人类的生活，造成了能源开发与环境保护之间的矛盾。

　　近年来，随着能源形势的急剧变化，全球能源安全问题越来越受到国际社会的广泛关注。

　　尽管各国对能源安全的理解和各自的战略目标不尽一致，但随着经济全球化的深入和能源相互依赖的加深，全球能源安全问题已成为影响未来国际能源形势发展的重要趋势。

　　我们所研究的课题就是基于这两个问题提出来的，油气管道的泄漏会导致能源的损失和浪费，并且会污染周边的环境乃至扰乱民众的日常生活，甚至可能对人民群众的生命财产安全造成不可弥补的影响。

　　因此，安全的输送油气资源，可以最大限度的节省资源，也即减少了事故发生的可能性与影响范围， 10 起到了环境保护的作用，一举两得。

　　1.2 管道的特点及应用管道运输是一种新兴，经济的运输方式，是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用。

　　在油气运输上，管道运输有其独特的优势，由于它的平稳、不间断输送，对于现代化大生产来说，油田不停地生产，管道可以做到不停地运输，炼油化工工业可以不停地生产成品，在极大程度上满足国民经济需要;

　　二是运输工程量小，占地少;

　　三是安全可靠，保质，无污染，能耗小，成本低，实现了安全运输，对于油气来说，汽车、火车运输均有很大的危险，而管道在地下密闭输送，具有极高的安全性;

　　四是受气候影响小。

　　下面是对具体优点的描述：运输量大：由于管道的特点，一条管道可以不间断的输送油气资源，运输量只取决于管径大小与阀门的开合程度，年运输量可以达到数百万吨或数千吨，甚至上亿吨，效率要超过传统的汽车、火车、船舶运输。

　　运输工程量小，占地少：历史上，中国建设大庆至秦皇岛全长 1，152 里的输油管道，仅用了23 个月的时间，而若要建设一条同样运输量的铁路，至少需要3 年时间，特别是地质地貌条件和气候条件相对较差，大规模修建铁路难度将更大，周期将更长，统计资料表明，管道建设费用比铁路低60%左右。

　　并且运输管道通常埋于地下，其占用的土地很少，运输管道埋藏于地下的部分占管道总长度的95%以上，因而对于土地的永久性占用很少。

　　安全可靠，保质，无污染，能耗小，成本低;

　　由于石油天然气易燃、易爆、易挥发，容易对周边环境影响较大，而管道运输全程都是封闭环境，不仅减少油气资源的损耗，保证油气质量，还减少了由于泄漏造成的对空气、水和土壤的污染;

　　管道运输是连续运输的类型，不存在空载行程，系统的运输效率高，理论分析和实践经验已证明，管道口径越大，运输距离越远，运输量越大，运输成本就受气候影响小：大部分运输管道埋藏于地下，不受气候影响，且由于管道壁较厚，地上部分受恶劣气候影响的程度也较小，可以确保运输系统长期稳定地运行。

　　我国的油气资源大部分分布在东北和西北地区，而消费市场绝大部分在东南沿海和中南部的大中城市等人口密集地区，这种产销市场的严重分离使油气产品的输送成为油气资源开发和利用的最大障碍。

　　管输是突破这一障碍的最佳手段，与铁路运输相比，其建设投资为铁路的一半，运输成本更只有三分之一。

　　管道运输是运量大、安全性更高、更经济的油气产品输送方式。

　　11 20 世纪50 年代以前，我国天然气与管道建设基本属于空白。

　　建国后，随着四川盆地天然气开发利用步伐加快，我国管道建设开始起步。

　　20 世纪70 年代，东北、华北、西北地区相继开发诸多大型油田，原油外输管道进入规模化建设阶进入20世纪90 年代，在“稳定东部、发展西部”战略实施过程中，鄂尔多斯、塔里木盆地油气勘探相继取得重大发现，中国油气管道进入崭新的发展阶段。

　　与此同时，随着国民经济实力增强，我国东部地区对天然气需求日趋旺盛，陕京管道、西气东输管道等新的能源动脉建设由此提上日程。

　　2004 年12 输管道全线正式商业运营。

　　2002 年10 月投产的兰成渝管道，对缓解兰州成品油外运压力、保障西南地区油品供应发挥了重要作用。

　　2005 月底提前建成投产的陕京二线工程被誉为“绿色奥运信誉工程”。

　　四穿长江，横跨渝东山区的忠武管道实现了“川气出川”的愿望。

　　涩宁兰管线、金坛储气库等重点项目，为安全稳定供气奠定了基础。

　　2006 月投产的西部成品油管道及原油管道，把新疆、甘肃和东部、西南地区的输油管道及石化企业连接起来。

　　国内首条引进境外天然气的大型管道工程——中亚管道和西气东输二线，以及将成为中国最长成品油管线的兰郑长管道等项目的建设正如火如荼。

　　中国当前已经建成了一批油气管道，包括中石油、中石化、中海油在内，目前中国国内管道总里程已经建成了 6.6倍，其中原油管道是1.7 万公里，成品油是1.2 万公里，天然气是3.1 万公里。

　　中国已经形成东北、华北、中原、华东和西北广大地区四通八达、输配有序的石油、天然气管网运输体系。

　　到2020 年，中国长距离油气管道的建设里程将至少达到10 万～15 万公里。

　　下面介绍我国各类油气管道的技术现状油管道现状“九五”期间建成的库尔勒至鄯善输油管道代表了我国原油管道的技术现状，该管道全长475km，管径为610mm，设计输量为500104～1 000104t/a。

　　其技术特点为，采用API X65 等级钢材;

　　设计采用加降凝剂常温输送工艺;

　　管道自动化控制技术采用 SCADA 系统;

　　合理设置减压站以解决大落差问题;

　　综合能耗为176 kJ/(tkm)，用人指标仅为0.18 人/km。

　　成品油管道现状代表我国成品油管道目前最高水平的兰成渝管道全长为 1247km，管径分别为508、457 和323mm，建有泵站4 座,设计压力为10MPa，设计输量为500104t/a，全线采用密闭顺序输送工艺，沿途设 13 个分输点，输送 90 号汽油、93 号汽油号柴油。

　　其技术特点为，设计压力高，站间距长;

　　全线共建隧道27条(总长 12 22.6km);

　　油品界面检测、跟踪采用密度法、超声法和计算跟踪。

　　天然气管道现状西气东输代表了目前我国天然气管道工程的最高水平。

　　西气东输管道设计输量为12010m/a;

　　管道全长3898.5km;

　　管径1016mm;

　　设计压力10MPa;

　　管道钢级L485(X70);

　　全线共设工艺站场35 座，线路阀室137 座，压气站10 1.3设备系统的故障耦合作用现代设备越来越自动化、智能化，系统规模逐渐增大，其内部各个子系统/ 部件之间的故障耦合作用也越来越复杂。

　　要利用现今的一些检测、诊断、维修手段对其进行有效的控制也越来越难。

　　近年来在国内外，由于故障的耦合作用一些复杂系统一再出现崩溃现象(如交通系统瘫痪、煤矿事故、化工装置爆炸、海洋钻井平台倒塌、航天飞机失事等)，对人民的生活、生命财产以及自然环境都造成了一些或多或少的影响。

　　如 1986 28日发射的“挑战者”号航天飞机，由于右侧助推火箭密封装置在设计上本身存在着一个小小的缺陷，造成助推火箭连接处的“O”形合成橡胶密封圈失去弹性，无法起到密封作用，并在火箭点火后受热而发生了破裂，造成燃料外泄。

　　之后从右面的固体火箭助推器的尾部安装接头处爆发出火焰，喷向外挂燃料箱，并导致外挂燃料箱破裂化为碎片。

　　不到几毫秒时间，成百吨的火箭燃料被引爆，接着根据计算机的指令，发动机自动关掉，“挑战者”号失事。

　　可见故障耦合作用危害严重，是系统发生事故的终极原因。

　　在油气安全研究领域，随着我国石油行业不断发展，供油供气规模日益扩大，新的生产技术不断开发，新工艺、新材料、新设备不断出现，工艺过程日趋复杂化、连续化、自动化，其潜在的危险性，以及事故带来的损失也显著增加。

　　例如管道与动力机组是油气储运行业的生命线，在其功能与结构方面具有开放性、复杂性、非线性、涌现性以及脆性等特点，属于复杂系统研究范畴。

　　此类复杂设备系统通过各种介质(流体、电力、能量、信号)传递，将离散的设备装置、零部件连接成一个相互关联、高度耦合的复杂机械、电气、水力系统网络。

　　在这种复杂设备网络环境下，大多数单点故障都具有多重传播路径，任何一个局部细小的差错会通过网络进行传播、扩散、积累和放大，从而酿成重大安全事故。

　　据统计，以石油行业大型离心式压缩机组系统为例，由故障耦合作用引发的安全事故主要存在以下特点：转子发生的事故最多。

　　如叶片断裂、围带断裂、叶轮断裂(甚至飞出)、断轴等事故，此外转子剧烈振动或窜动容易导致动静碰摩、泄漏，并可能最终导致转子断裂、燃烧、中毒、灼伤、爆炸等事故。

　　相同事故接连不断，甚至在同一台设备上连续发生多次。

　　如叶轮因设计缺 13 陷和制造缺陷导致叶轮局部应力集中，极易发生疲劳断裂。

　　处理措施不力。

　　任何事故发生前都表现出一定的征兆，且离心式压缩机组转速高、功率大，如不及时采取积极有效措施，事故就不可避免。

　　经济损失巨大。

　　离心式压缩机组发生事故必然导致停车停产，除直接造成重大的设备损失外，还造成巨大的停产经济损失。

　　如大化肥装置停车一天，产值损失在200 万元以上。

　　可见，设备最终发生事故的根源是早期单点故障(或外部干扰因素)在故障耦合作用下能量聚积，连锁反应，最终导致安全事故，经济损失严重。

　　复杂系统固有的脆性特征进一步表明了系统的某一部分或某一个子系统存在一定的缺陷和不足时，极易受到攻击或扰动而崩溃，而通过故障的耦合作用个体崩溃行为可能引起整个系统的灾变行为。

　　因此复杂系统安全事故的根源性因素在很多情况下都是内外界的一个很小的干扰，却最终造成无法预计的重大影响，一个点就能引起整个面的崩溃。

　　例如，若天然气的压力脉动与管线固有频率重合，将引起很强的管线共振，并会使压缩机组的振动增加;

　　同时天然气压力脉动会沿管线随天然气向下游传递，若与设备链中的压缩机不良转速及进气温度相互作用，可能会引起压缩机喘振，使动力机组发生崩溃。

　　依此类推，随着崩溃子系统数量的增多，层次的扩大，最终导致整个管输系统部分或整体崩溃，不能正常运转，更严重的将发生重大安全事故，带来难以估量的经济、环境损失。

　　二、离心泵的结构、工作原理及主要故障形式 2.1 离心泵的基本构造及工作原理离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式：按叶轮吸入方式分：单吸式离心泵和双吸式离心泵。

　　按叶轮数目分：单级离心泵和多级离心泵。

　　按叶轮结构分：敞开式叶轮离心泵、半开式叶轮离心泵和封闭式叶轮离心按工作压力分：低压离心泵、中压离心泵、高压离心泵边和立式离心泵。

　　离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环和填料函，如图2-1。

　　叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。

　　叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

　　泵体也称泵壳，它是水泵的主体。

　　起到支撑固定作用，并与安装轴承的托 14 架相连接。

　　泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。

　　轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。

　　滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为 2/3～3/4 的体积太多会发热，太少又有响声并发热。

　　滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的加油到油位线。

　　太多油要沿泵轴渗出并且漂贱，太少轴承又要过热烧坏造成事故;

　　在水泵运行过程中轴承的温度最高在85 度，一般运行在60 度左右，如果高了就要查找原因(是否有杂质，油质是否发黑，是否进水)并及时处理。

　　密封环又称减漏环。

　　叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低;

　　间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。

　　为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在 0.25～1.10mm 之间填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。

　　填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内，始终保持水泵内的真空。

　　当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行。

　　所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意。

　　在运行600 个小时左右就要对填料进行更换。

　　图2-1 离心泵泵体简图叶轮骨架3.叶轮4. 泵体衬里5. 泵盖衬里6. 动环10.泵轴11. 轴承体12. 联轴器 2.2 离心泵的工作原理离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。

　　吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用;

　　压水室主要有螺旋形压水室(蜗壳式)、导 15 叶和空间导叶三种形式;

　　叶轮是泵的最重要的工作元件，是过流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

　　离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去。

　　同时，叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。

　　离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。

　　由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力(大气压)的作用下，被压入叶轮的进口，

　　于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体，如图2-2 所示。

　　图2-2 离心泵的工作原理图 2.2 离心泵的性能参数及曲线 (一)离心泵各性能参数的定义及计算 (1)扬程泵的扬程是泵的出口与进口的单位机械能之差，是评判泵质量优劣的重要技术指标，通常用符号H来表示，单位为米水柱，简称m(米)。

　　对扬程的测量实际上就是对泵进口压力和出口压力的测量 )/2g(2-l)

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