螺桿式滑油泵異常振動(dòng)故障診斷

于忠杰，向志偉，張明悅，陸子恒

(92601部隊(duì)，廣東 湛江 524009)

目前，船用滑油泵廣泛使用螺桿泵和齒輪泵。螺桿泵有較寬的轉(zhuǎn)速和壓力范圍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、工作性能可靠性高，輸送介質(zhì)平穩(wěn)、壓力脈動(dòng)小、振動(dòng)小、噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。流體壓力脈動(dòng)會(huì)引起整個(gè)裝置的較大振動(dòng)和噪聲。螺桿泵的輸出壓力理論上是無(wú)脈動(dòng)的，因?yàn)槊總€(gè)旋轉(zhuǎn)角排出相同體積的流量，但是由于加工誤差和間隙的存在，螺桿泵的輸出壓力還是會(huì)存在一定的脈動(dòng)[1]。當(dāng)輸送的介質(zhì)中含有空氣時(shí)，螺桿泵的壓力脈動(dòng)會(huì)變大；當(dāng)螺桿加工誤差大、安裝不良、變形、磨損時(shí)，壓力脈動(dòng)也會(huì)變大。某船有2臺(tái)同型號(hào)主滑油泵，均是立式螺桿泵，由電機(jī)拖動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min。工作中發(fā)現(xiàn)其中2#泵振動(dòng)和噪聲明顯大于1#泵。為了診斷該泵振動(dòng)故障的具體原因，對(duì)其進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了詳細(xì)分析，確定了故障的產(chǎn)生原因。

1 振動(dòng)信號(hào)采集

信號(hào)采集儀器為VIBXPET Ⅱ振動(dòng)頻譜分析儀。測(cè)量了主滑油泵及其管路的速度通頻值(振動(dòng)速度均方根值)、速度波形、加速度波形。采集參數(shù)見(jiàn)表1。通頻振動(dòng)烈度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，2#泵振動(dòng)總體上明顯比1#泵劇烈，出油管路垂向振動(dòng)烈度高達(dá)257.7 mm/s。電機(jī)、泵軸承和出油管路的強(qiáng)烈振動(dòng)構(gòu)成了較大的安全隱患。

表1 采集參數(shù) Hz

表2 通頻振動(dòng)烈度測(cè)量結(jié)果 mm/s

2 振動(dòng)信號(hào)分析

為了判斷泵振動(dòng)故障的原因，對(duì)泵的振動(dòng)波形和頻譜進(jìn)行了分析和比較。圖1是2臺(tái)泵出油管路振動(dòng)速度波形比較，可以看出，2#泵振動(dòng)速度值明顯大于1#泵，而且振動(dòng)幅值不穩(wěn)定。圖2是出油管路振動(dòng)速度頻譜比較，可以看出1#泵振動(dòng)速度基頻約為49.30 Hz，主頻約為98.60 Hz，基頻的各個(gè)高階倍頻均存在。該型螺桿泵的主動(dòng)螺桿是雙頭螺旋結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)一周密封腔開(kāi)啟2次，壓力脈動(dòng)的基頻是主動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)頻的2倍，主動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)頻是24.67 Hz，因此壓力脈動(dòng)的基頻是49.30 Hz，主頻是壓力脈動(dòng)基頻的2倍為98.60 Hz。這對(duì)于雙頭螺旋的螺桿泵是正?，F(xiàn)象。但是2#泵振動(dòng)頻譜存在明顯問(wèn)題，主頻約為74.80 Hz，不是壓力脈沖基頻的整數(shù)倍，而且振動(dòng)非常大。圖3是泵體的振動(dòng)加速度波形比較，正常情況下，主動(dòng)螺桿每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)螺桿泵排油2次，泵體對(duì)應(yīng)出現(xiàn)2次脈沖，可以看出1#泵每轉(zhuǎn)(用時(shí)約為0.04 s)確實(shí)有2個(gè)脈沖，而且脈沖出現(xiàn)的間隔(0.02 s)很規(guī)律。但是2#泵每轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖出現(xiàn)的時(shí)間間隔很不規(guī)律。說(shuō)明2#泵的螺桿配合存在嚴(yán)重問(wèn)題，導(dǎo)致排油不規(guī)律，壓力脈動(dòng)顯著增大，進(jìn)而導(dǎo)致出油管路較大振動(dòng)。較大的管路振動(dòng)帶動(dòng)泵軸承和電機(jī)較大振動(dòng)。泵體的剛度較大，振動(dòng)不大。

圖1 出油管路振動(dòng)速度波形比較

圖2 出油管路振動(dòng)速度頻譜比較

圖3 泵體振動(dòng)加速度波形比較

3 故障原因分析

振動(dòng)信號(hào)的分析結(jié)果表明，2#泵的螺桿配合存在嚴(yán)重問(wèn)題。同時(shí)，該泵振動(dòng)還存在如下特點(diǎn)：設(shè)備—管路系統(tǒng)在剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)振動(dòng)不大，運(yùn)行一段時(shí)間后振動(dòng)變大，出油管路的壓力表指針振蕩大，這符合進(jìn)氣的特征[2]。因此，該泵振動(dòng)過(guò)大的原因可能是螺桿配合不良和管路進(jìn)氣。建議檢查進(jìn)油管路是否進(jìn)氣，拆檢螺桿泵，詳細(xì)檢查泵的磨損情況和安裝情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析故障泵的振動(dòng)速度波形、頻譜和振動(dòng)加速度波形，以及泵出油壓力等參數(shù)，判斷出故障的原因是螺桿配合不良和管路進(jìn)氣。分析結(jié)果表明，螺桿泵的壓力脈動(dòng)是泵管路振動(dòng)的最主要振源，正常情況下管路振動(dòng)的主頻是壓力脈動(dòng)的基頻或者高階倍頻。螺桿泵泵體上的加速度波形中存在明顯的高頻脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)出現(xiàn)的頻率與壓力脈動(dòng)的頻率對(duì)應(yīng)。因此，該脈沖信號(hào)是反映螺桿泵工作狀態(tài)的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)。