王溢鏞，王艷武※，高洪濱

（1.武漢東湖學院機電工程學院，武漢 430212；2.92601部隊，廣東湛江 524009）

0 引言

船用燃油泵作為船舶動力系統(tǒng)重要的輔助設(shè)備，直接關(guān)系到船舶的運行情況，其狀態(tài)直接影響到船舶航行的可靠性和經(jīng)濟性。某船舶在航行過程中，發(fā)現(xiàn)主機燃油泵振動明顯增加，為保證船舶航行的安全性，切換燃油泵運行，并對該泵實施振動監(jiān)測與診斷，提出了修理意見，并最終消除了故障隱患，保證了船舶航行的安全。由于船舶燃油泵工作環(huán)境以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點，在日常運行過程中，常常會因為振動過大導致其停機，嚴重影響船舶航行安全性和可靠性。因此根據(jù)該泵組運行特點，開展船用燃油泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究，為船用燃油泵的運行提供理論指導，為燃油泵的維修提供依據(jù)，對提高船舶燃油泵的可靠性，保障船舶續(xù)航力具有重要意義。

隨著傳感器技術(shù)、信號分析處理技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，水泵的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)也有較大發(fā)展[1]。呂自薈[2]利用監(jiān)測水泵機組電信號，結(jié)合壓力開展水泵機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究。楊振等[3]利用測量的振動烈度對某泵的松動和碰摩故障進行了工程診斷分析。李野[4]針對電廠泵組振動原因進行分析，并提出了治理方法。李東[5]在對油田潛油泵結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，對機組常見故障原因以及振動檢測方法進行了分析。駱寅等[6]針對傳統(tǒng)有線振動測試系統(tǒng)存在問題，開展了基于無線傳感網(wǎng)絡的水泵振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究。于忠杰[7]、孫斌[8]等對船用滑油泵的振動故障分別進行研究，并提出了檢查修理建議。這些結(jié)合實際工作開展的具體研究分析，對各類泵組狀態(tài)預測與故障診斷具有重要的工程指導價值。本文針對某船舶燃油泵振動偏大的問題，利用軸承脈沖檢測結(jié)合振動頻譜分析，對該泵實施狀態(tài)監(jiān)測與診斷，提出使用和修理建議，消除了故障隱患，保證了船舶安全航行，也為其他船舶泵組的診斷提供經(jīng)驗借鑒。

1 船用燃油泵基本類型及常見故障

1.1 基本類型

船用燃油泵一般由電動機驅(qū)動，根據(jù)泵結(jié)構(gòu)和原理不同，常用的海水泵主要有容積泵、噴射泵、葉輪式泵。

容積泵是利用做功部件周期性運動引起工作腔容積周期變化來吸排液體。當容積增大時，壓力會降低，從而吸入液體；當上述條件相反時，則排出液體。容積泵可分為往復式泵和回轉(zhuǎn)泵。往復式泵又可分為活塞泵和柱塞泵；回轉(zhuǎn)泵可分為齒輪泵、螺桿泵、葉片泵等。

噴射泵是對液體增壓，然后液體壓能轉(zhuǎn)換為液體動能，從而在噴嘴處高速噴出。具體可分為水噴射泵、空氣噴射泵等。

葉輪泵是靠葉輪帶動液體作高速回轉(zhuǎn)運動，機械能轉(zhuǎn)換為液體壓能，由于壓力差將液體壓出管道，從而達到輸送液體的目的。葉輪泵大致可分2類，分別是離心泵和旋渦泵。

1.2 常見故障

船用燃油泵振動的原因復雜多樣，與一般動力機械的振動有所不同，伴隨多種因素疊加而成。不僅需要考慮自身的機械振動，還要考慮到電機振動以及流體壓力。這3部分的振動是相互影響的，而在實際燃油泵的監(jiān)測診斷過程中很難同時考慮到這3種因素的影響，因此本文的研究只考慮機械振動方面的診斷。

從實際運行情況統(tǒng)計來看，引起燃油泵機械振動的因素有很多，最常見的有轉(zhuǎn)子不對中、轉(zhuǎn)子不平衡、軸承故障、碰摩、基礎(chǔ)松動等。在諸多因素中，又以轉(zhuǎn)子不平衡與不對中為主要原因。

從燃油泵運行機理分析，每一種振動故障都具有一定的振動特征。因此在工程實際中常用振動監(jiān)測技術(shù)來對燃油泵各類故障及其原因進行分析，將測得的振動信號進行頻譜分析，根據(jù)各種故障振動特征進行診斷，判斷機組所發(fā)生的故障原因。

2 船用燃油泵振動信號測量

某船所用燃油泵為電動泵，其參數(shù)如表1 所示。該泵為三相異步電動機通過連軸節(jié)直接與泵連接，驅(qū)動泵旋轉(zhuǎn)做功。

表1 燃油泵機組技術(shù)參數(shù)

振動測點的選擇應滿足對振動反應敏感、信息豐富、適應診斷目的、適于安裝傳感器，并符合安全操作要求?；谶@樣的要求，在振動測試過程中，選擇燃油泵組3 個部位2 個方向6 個測點進行振動測量，如圖1所示，測點1、3、5分別為電機自由端、驅(qū)動端和泵驅(qū)動端水平徑向測點，2、4、6分別為垂向測點。分別從這2個位置的軸向和徑向進行測量。利用軸承脈沖檢測儀測量了電機驅(qū)動端和泵驅(qū)動端的軸承脈沖，利用機械綜合狀態(tài)檢測儀測量了機組通頻振動烈度，測量數(shù)值如表2所示。根據(jù)GB/T16301-2008，該泵振動處于D級水平，需要檢修。

圖1 燃油泵組結(jié)構(gòu)示意圖

表2 通頻振動烈度和軸承脈沖數(shù)據(jù)

3 船用燃油泵狀態(tài)分析

該泵結(jié)構(gòu)相對比較簡單，運行過程中振動手感較大，測量結(jié)果也顯示電機兩端振動烈度超標，但是聲音正常，說明主要是中低頻振動故障。對于該類泵最常見的是不平衡或者不對中故障，有時也可能是松動故障。為了準確進行診斷，應該重點測量和分析振動速度波形和頻譜，同時進行相位分析，以區(qū)分不平衡或者不對中故障。

圖2～3 所示為電機輸出端和泵在垂直方向和水平方向的振動速度波形。從波形圖來看，4個測點時域波形均為近似正弦波形，泵端波形存在明顯諧波疊加，即波峰存在明顯的次峰，從波形圖分析可以認為該機組存在不平衡或者是平行不對中的問題。為了準確進行診斷，還需進一步結(jié)合頻譜和相位進行分析。

圖2 電機輸出端和泵垂向振動速度波形

圖3 電機和泵水平振動速度波形

圖4～5 所示為4 個測點振動速度頻譜圖。從圖中可以看出，電機輸出端振動主要集中在24.2 Hz，垂直方向振動較小，最大值為5.25 mm/s，水平方向為9.1 mm/s。泵端振動存在2 個主要頻率24.2 Hz 和72.6 Hz，但是主要集中24.2 Hz，且最大值不超過4 mm/s，屬于正常范圍。進一步對轉(zhuǎn)頻相位進行分析，仍以電機驅(qū)動端和泵驅(qū)動端2個測量點為主，對2 個測量點的垂向和水平相位差進行測量，得到2 個點垂向相位差接近130°，水平相位差接近于180°。根據(jù)連軸節(jié)兩端的相位差值，判斷該泵存在軸不對中故障，建議檢查調(diào)整對中。

圖4 電機和泵垂向振動速度頻譜

圖5 電機和泵水平振動速度頻譜

停機進行拆檢，重新調(diào)整了該泵的對中，調(diào)整后再次監(jiān)測，得到通頻振動烈度如表3所示，可以看出，振動烈度相比維修前顯著下降。

4 結(jié)束語

本文利用軸承脈沖檢測儀、機械綜合狀態(tài)檢測儀在對船用燃油泵進行初步檢測的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)該泵組電機自由端和輸出端水平方向同頻振動烈度超標，已經(jīng)達到修理等級。利用振動頻譜分析儀測量該機組振動速度頻譜，綜合時域、頻域和相位分析，發(fā)現(xiàn)該機組振動主要集中在轉(zhuǎn)頻，且連軸器兩端測點相位差180°，判斷該泵組存在平行不對中故障。修理結(jié)果驗證了診斷結(jié)論的正確性。通過本文研究，可以得出如下結(jié)論。

表3 修理后通頻振動烈度和軸承脈沖數(shù)據(jù)

（1）對機組實施振動監(jiān)測時，可以先利用建議測量設(shè)備進行初步判斷。如果初步判斷存在故障，可以進一步進行精確測量診斷，這樣可以提高監(jiān)測效率，檢測時間。

（2）對旋轉(zhuǎn)機械，1倍頻振動過大，并不能直接判斷存在不平衡故障，需進一步結(jié)合頻譜和相位進行分析，才能準確進行診斷。