狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在單螺桿泵故障診斷中的應(yīng)用

包 波 王浩然

（中油遼河油田特種油開(kāi)發(fā)公司 遼寧盤(pán)錦）

一、概述

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和故障預(yù)測(cè)三個(gè)方面，具體實(shí)施過(guò)程包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、狀態(tài)識(shí)別、診斷決策四個(gè)方面，目前，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組、泵等常規(guī)旋轉(zhuǎn)和往復(fù)機(jī)械的故障診斷，狀態(tài)識(shí)別和診斷決策標(biāo)準(zhǔn)日臻完善。

超稠油的管道輸送大量采用單螺桿泵，這類(lèi)設(shè)備采用的轉(zhuǎn)子材料為合金鋼，定子材料為橡膠，剛性與柔性材料間摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)波形和剛性與剛性材料的有很大不同，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)踐，總結(jié)規(guī)律，以掌握并及時(shí)發(fā)現(xiàn)單螺桿泵運(yùn)行狀態(tài)及存在的故障，避免維修盲目性、降低維修費(fèi)用，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

單螺桿泵主要由驅(qū)動(dòng)裝置、減速箱、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)子和橡膠定子組成，工作原理為驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)過(guò)減速箱減速后將動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子是截面為圓形的單頭螺桿，定子是具有雙螺旋線的內(nèi)腔，在螺旋轉(zhuǎn)子和定子之間形成S形封閉空腔，螺桿在定子橡膠套里轉(zhuǎn)動(dòng)，形成容積變化，從而實(shí)現(xiàn)傳輸介質(zhì)的目的。定子作為摩擦副中的易損件是影響單螺桿泵運(yùn)行的主要因素，造成定子磨損的主要原因是溫度過(guò)高、轉(zhuǎn)子不平衡或與電機(jī)不對(duì)中等。

二、對(duì)單螺桿泵振動(dòng)故障的判別方法和診斷

單螺桿泵在運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的故障有轉(zhuǎn)子不平衡、減速箱齒輪或軸承磨損、轉(zhuǎn)子和電機(jī)不對(duì)中、基礎(chǔ)失穩(wěn)、定子磨損等。

設(shè)備振動(dòng)信號(hào)一般較復(fù)雜，從數(shù)據(jù)處理分類(lèi)可分為確定性信號(hào)和非確定性信號(hào)。上述單螺桿泵故障信號(hào)是確定性信號(hào)，可以用函數(shù)關(guān)系來(lái)描述，即通過(guò)理論計(jì)算和頻譜分析技術(shù)均可確定它們的特征頻率，從而確定故障的類(lèi)型和部位。振動(dòng)分析儀器利用電壓加速度傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到設(shè)備各種振動(dòng)量的準(zhǔn)確值，進(jìn)而判斷這些設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、故障的部位和故障原因。

1.單螺桿泵轉(zhuǎn)子不平衡

圖1 單螺桿泵轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)頻譜圖

圖2 單螺桿泵滾動(dòng)軸承和齒輪振動(dòng)頻譜圖

圖3 單螺桿泵機(jī)組基礎(chǔ)振動(dòng)頻譜圖

圖1是特油公司二區(qū)四號(hào)站單螺桿泵運(yùn)行圖譜，圖譜出現(xiàn)了1倍工頻超差，主要反映轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好，原因有轉(zhuǎn)子抱軸，碰摩等，應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢查。

2.齒輪箱滾動(dòng)軸承和齒輪故障

圖2是特種油開(kāi)發(fā)公司二區(qū)三站的1臺(tái)單螺桿泵振動(dòng)圖譜，從圖譜看，該測(cè)點(diǎn)峭度指標(biāo)5.02，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，而且高頻諧波較多，而該測(cè)點(diǎn)位置為減速箱軸承處測(cè)點(diǎn)，因此可以判斷該減速箱軸承或齒輪存在大的故障，可能是減速箱齒輪或軸承剝落。

3.機(jī)組基礎(chǔ)振動(dòng)故障

對(duì)單螺桿泵機(jī)組的監(jiān)測(cè)還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備基礎(chǔ)剛性不足和共振問(wèn)題，以及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理。圖3為電機(jī)空轉(zhuǎn)振動(dòng)圖譜，在工頻狀態(tài)下振動(dòng)速度最大，為121 mm/s，電機(jī)基礎(chǔ)松動(dòng)是振動(dòng)的主要原因。

圖4 螺桿泵定子振動(dòng)頻譜圖

4.螺桿泵定子故障

圖4為特油公司二區(qū)四號(hào)站正在運(yùn)行的2#螺桿泵定子的振動(dòng)圖譜，從圖譜看，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)峭度指標(biāo)2.85，沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，僅頻譜圖高頻諧波較多，而該測(cè)點(diǎn)位置為螺桿定子處測(cè)點(diǎn)，因此可以判斷該定子不存在大的故障，只是由于使用時(shí)間很長(zhǎng)，存在間隙較大的可能，建議適時(shí)檢查。

1 萬(wàn)邦列，葛占玉.單螺桿式水利機(jī)械的嚙合理論及其作用力研究.石油學(xué)報(bào)，1989，18(3)：97～108

2 陳榮振.機(jī)械振動(dòng)與故障診斷〔M〕.石油大學(xué)出版社，1992

3 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院.設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，2000

4 沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù)〔M〕.浙江大學(xué)出版社，1999