某船消防泵振動故障診斷

賈智年，杜向華

(1.92601部隊,廣東 湛江 524009;2.婁底瀟湘職業學院,湖南 婁底 417000)

在對船用設備進行振動監測與故障診斷時，常常將設備按照運轉方式分為回轉設備和往復設備2大類，它們的振動評價標準和故障診斷方法明顯不同[1]。回轉設備振動信號頻譜簡單，不同故障時頻譜相差明顯，多數情況下對振動速度的頻譜和時間信號進行分析可以準確判斷故障[2-3]。在對其進行振動監測時，我們不能僅判斷一臺設備是否發生故障，而是根據我們監測所得的數據參數，多方位判斷設備的運行狀態，盡可能準確地對設備的故障進行診斷，判斷故障發生的具體部位以及發生故障的原因。這樣對設備進行維修時，可以更高效地對設備進行修理，以及在平時設備維護保養時對常發生故障的部位給予更多的關注。振動在機械設備中普遍存在，當設備內部發生故障時，振動幅值會隨之變化，對采集到的異常振動信號進行分析，進而查出故障原因及部位，是振動監測與故障診斷的基本任務[4]。

1 信號采集與分析

某船消防泵是立式安裝的電動葉輪泵，額定功率20 kW，額定轉速2 950 r/min。對其進行振動監測時發現，該泵泵端軸承處振動烈度超標，軸承脈沖值偏大。通頻振動烈度和軸承脈沖值數據見表1，表1中，dBm為滾動軸承沖擊脈沖的最大值，用于度量滾動軸承的損傷程度[2，4]；dBc為滾動軸承沖擊脈沖的地毯值，用于度量滾動軸承的表面粗糙度以及表現安裝和潤滑的狀態。按照GB/T 16301-2008《船舶機艙輔機振動烈度的測量和評價》 ，該泵振動等級為D級，需要立即檢修。

表1 通頻振動烈度和軸承脈沖數據

對泵軸承處振動加速度時間波形、振動速度波形和頻譜進行了測試和分析。采集參數如下：振動加速度時間波形濾波頻率10 Hz～40 000 Hz，采樣頻率131 072 Hz，采樣時間1 s；振動速度時間波形濾波頻率2 Hz～1 000 Hz，速度頻譜濾波頻率2 Hz～1 600 Hz，采樣頻率4 096 Hz，采樣時間5 s。同時，采集了該泵在無負載和加負載狀態下的信號，并進行對比，排除一些額外因素引起的干擾。閥門關閉時泵軸承水平徑向振動加速度時間波形如圖1所示，閥門開啟時泵軸承水平徑向振動加速度時間波形如圖2所示。可以看出在閥門關閉時，振動加速度波形存在明顯的異常沖擊；而閥門開啟時，沖擊消失。可見，異常沖擊與閥門狀態密切相關，可能是流體造成的，也可能是因為不同負荷下對軸承的高頻振動響應不同。初步懷疑泵葉輪或者軸承故障。閥門關閉時泵軸承水平徑向振動速度時間波形如圖3所示，閥門開啟時泵軸承水平徑向振動速度時間波形如圖4所示(注：速度為均方根值)。閥門開關與否對速度波形影響不大，但是對振動幅值和加速度波形影響大。

圖2 閥門開啟時泵軸承水平徑向振動加速度時間波形

圖3 閥門關閉時泵軸承水平徑向振動速度時間波形

圖4 閥門開啟時泵軸承水平徑向振動速度時間波形

2 故障診斷

該泵為6葉葉輪泵，軸承為滾動軸承，從表1可知，泵軸承處通頻烈度值超標，且比泵電機的振動烈度大很多，因此電機狀態正常，問題出在泵端。dBm和dBc值較大，并且dBm-dBc<8，表示該軸承出現早期損傷，且很可能潤滑狀態劣化。但是振動加速度沖擊出現的頻率是泵轉頻，不是軸承特征頻率。因此，該泵振動故障的主要原因不是軸承故障。

閥門關閉時泵軸承振動速度頻譜如圖5所示，閥門開啟時泵軸承振動速度頻譜如圖6所示。可以看到，在泵空載和加載的情況下，都會出現大量的轉頻諧頻，且葉頻成分(6倍轉頻)突出。說明泵葉輪存在故障的可能性較大。綜合以上現象，該泵振動大的2個主要可能原因是：泵葉輪損傷或者松動、泵軸承故障。

圖5 閥門關閉時泵軸承振動速度頻譜

圖6 閥門開啟時泵軸承振動速度頻譜

3 結束語

1)綜合振動信號譜與沖擊解調譜分析判斷該泵振動大的主要原因可能是該泵葉輪損傷或松動，建議拆解檢查維修。

2)該泵泵端軸承可能因潤滑不良而產生摩擦，使得軸承旋轉部件明顯損傷而產生軸承松動故障，建議更換軸承并注意潤滑脂的添加。