船用三螺桿泵故障分析

朱殿璞，劉瑞青，崔 鋒，呂偉領，張維勇

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

三螺桿泵屬于容積式流體機械，主要通過主動螺桿和從動螺桿的回轉(zhuǎn)運動來運輸滑油。當主動螺桿旋轉(zhuǎn)時，從動螺桿被帶動旋轉(zhuǎn)，通過主動、從動螺桿的這種同步異向回轉(zhuǎn)運動，在進口腔處形成真空，在大氣壓作用下，工作介質(zhì)從吸入管路進入吸入腔，進而充滿螺旋腔。隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)被不斷地輸送。因其具有結(jié)構(gòu)合理、容積效率高、自吸性好等優(yōu)點，在船舶、石油、石化、食品工業(yè)等方面應用廣泛?，F(xiàn)有三螺桿泵的文獻主要在性能研究、型線優(yōu)化、故障分析等方面進行了研究。

宋超等[1]通過分析螺桿表面的壓力分布，找到了影響螺桿使用的重要因素，并給出了基本的求解公式，設計者可以此對螺桿結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；李福天[2]提出了適當減小螺旋導程等 4種途徑，來提供高壓三螺桿泵的可靠性和效率；曾敏[3]研究了三螺桿泵轉(zhuǎn)子型線的設計要求和設計方法，推到了三螺桿泵轉(zhuǎn)子的型線方程，并對其進行了三維實體建模，分析了其力學性能等，為三螺桿泵轉(zhuǎn)子型線的設計提供了一定的依據(jù)；宋超[4]利用三維建模、有限元分析等方法，對螺桿的機構(gòu)形式、加工方法、受力情況等進行了研究，為螺桿泵的設計提供了一定的理論基礎。賈昀昭[5]從零部件故障和系統(tǒng)故障2個方面對三螺桿泵的故障模式進行了具體分析，并且選定了其性能評估指標，利用泵組試驗臺分析其影響因素，最終驗證了三流感泵故障模式分析的正確性；聶樹彬等[6]研究了潤滑油泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，對船用油泵離岸時出現(xiàn)振動噪聲大的情況進行了分析，并提出了改進措施。

本文通過原因分析、拆檢、故障排查、故障確認、故障修復等，解決了某船用三螺桿泵無法盤車的故障，為預防三螺桿泵發(fā)生類似故障提供了思路，起到了重要的指導性作用。

1 組成及工作原理

該泵為立式三螺桿泵結(jié)構(gòu)，電機通過聯(lián)軸器連接驅(qū)動三螺桿泵。電機和三螺桿泵均安裝在聯(lián)接架上，聯(lián)接架再剛性聯(lián)接到油箱上。三螺桿泵未配備安全閥，進口裝有過濾器，出口裝有配對法蘭，便于與外接管路的安裝。該泵主動螺桿旋轉(zhuǎn)時，介質(zhì)沿著螺桿螺旋和襯套之間形成的密封腔，軸向移動，直至出口管路。由于泵進口介質(zhì)被抽取，在進口腔處形成真空，在大氣壓作用下，工作介質(zhì)從進口管路進入吸入腔，充滿螺旋腔。隨著主從動螺桿的旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)被不斷地的從進口輸送到出口。如圖1所示為該泵的簡要組成圖。

圖1 海水泵組組成

2 三螺桿泵故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

對該泵進行開機，開機時先點動判斷旋向正確，啟動后運行了幾秒鐘后發(fā)現(xiàn)UPS電源顯示超載，然后停機，盤車后發(fā)現(xiàn)盤車緊，需要用加力桿在電機風扇葉片處盤車，機組能稍微有轉(zhuǎn)動，點動后觀察機組電機風扇葉片處的電機葉片不旋轉(zhuǎn)，檢查機組已無法盤車。

2.2 原因分析

該三螺桿泵在出廠時各項性能符合指標，并且該種型式的泵在其他機組中也有應用，其結(jié)構(gòu)簡單，運行比較穩(wěn)定，出現(xiàn)無法盤車的原因初步分析有以下原因。

1）電動機故障。電動機是螺桿泵的原動機，電動機轉(zhuǎn)子發(fā)生卡澀也會導致泵無法盤車和盤車異常的現(xiàn)象，但該種現(xiàn)象發(fā)生概率極低。

2）三螺桿泵的轉(zhuǎn)子（螺桿）吸入異物卡澀。由于三螺桿泵是通過主從動螺桿的旋轉(zhuǎn)形成空腔吸入滑油輸送至出口，且螺桿型面之間間隙較小，螺桿與襯套之間的間隙同樣也很小，理論上有少許雜質(zhì)時可通過流道排出泵外，一旦雜質(zhì)正好卡到螺桿型面之間，則會損壞螺桿造成卡澀，嚴重時會損壞型面，造成螺桿泵損壞。

3）三螺桿泵缺油造成卡澀。螺桿泵會經(jīng)常發(fā)生或容易發(fā)生的故障就是缺油造成的損壞，螺桿泵一旦缺油運行，會在短時間內(nèi)造成卡澀，嚴重的會瞬間造成抱軸，造成無法盤車和盤車異?，F(xiàn)象。

2.3 拆檢結(jié)果、故障排查、故障確認

根據(jù)初步原因分析，對該三螺桿泵進行了拆檢，拆檢時將電機與三螺桿泵分開，電機轉(zhuǎn)動靈活，三螺桿泵從桿可以活動，主動螺桿無法旋轉(zhuǎn)。將泵拆檢后的示意圖見圖2。

圖2 拆檢結(jié)果

經(jīng)過拆檢，從圖2中可以看出從動螺桿、螺桿襯套、滾動軸承、上軸承等零件均無異常損壞，并且電動機盤車靈活無卡澀；三螺桿泵主動螺桿平衡盤外表面（見圖2a)）與上端蓋配合的內(nèi)表面（見圖 2b)）有輕微粘連，用銅棒輕微一震就分開。

根據(jù)拆檢結(jié)果，以及現(xiàn)場開機過程的分析，確認三螺桿泵無法盤車的原因為機組首次啟動時機組未灌油干磨導致的螺桿與上端蓋粘連。三螺桿泵在首次開機時需要對機組進行灌油，確保機組首次開機時機組內(nèi)部有油。機組開機后進口的滑油經(jīng)過螺桿輸送至泵出口，出口腔內(nèi)的滑油通過主動螺桿平衡盤與上端蓋的間隙進入滾動軸承，潤滑滾動軸承。在缺油或少油的情況下，三螺桿泵無法從油箱吸油，導致出口腔缺油，主動螺桿平衡盤與上端蓋的間隙無油產(chǎn)生磨損進而粘連，在停機盤車時會發(fā)生無法盤車的現(xiàn)象。

3 故障修復

3.1 修復處理

根據(jù)拆檢結(jié)果，襯套、軸套、骨架油封、軸承、密封墊等無明顯損壞，尺寸符合圖紙要求。前端蓋與主動螺桿配合內(nèi)孔有明顯的痕跡，且內(nèi)孔垂直度已不符合圖紙要求。因此對主動螺桿平衡盤外表面與上端該內(nèi)表面進行去除毛刺、打磨，然后進行復裝，復裝后盤車靈活，無死點。修復后相關尺寸均在要求的范圍內(nèi)。

3.2 修復前后對比

對三螺桿泵修復前后均進行了性能實驗，如圖3所示，拆檢前后的性能曲線相差很小，并且拆檢后各測試壓力點的流量均高于拆檢前，尤其在額定壓力0.3 MPa處，拆檢后流量為18.75 m3/h，較拆檢前的流量18.78 m3/h下降了0.16%，這種相差很小的結(jié)果主要是因為測量誤差，這也證明了拆檢后的三螺桿泵性能符合要求。

對三螺桿泵修復前后均進行了振動測試，如圖4所示，為三螺桿泵基腳平均振動加速度圖，從圖中可以看出拆檢前后的基腳平均振動加速度相差不大，這也證明了拆檢后的三螺桿泵符合要求。

圖3 拆檢前后流量對比

圖4 拆檢前后振動對比

4 結(jié)論

本文解決了某船用三螺桿泵無法盤車的故障，為預防三螺桿泵發(fā)生類似故障提供了思路，起到了重要的指導性作用。

三螺桿泵在啟動和運行過程中特別需要關注以下幾點：

1）泵組首次啟動需要灌油，確保機組內(nèi)部滿油；

2）確保機組旋向正確，如機組有反向運行的情況，需要重新確認灌油；

3）三螺桿泵啟動后需關注出口壓力，若機組無法建立壓力，應立即停機，盤車檢查，灌油。