状态监测技术在单螺杆泵故障诊断中的应用

包 波 王浩然

（中油辽河油田特种油开发公司 辽宁盘锦）

一、概述

设备状态监测技术包括状态监测、分析诊断和故障预测三个方面，具体实施过程包括信号采集、信号处理、状态识别、诊断决策四个方面，目前，已经广泛地应用于发电机组、压缩机组、泵等常规旋转和往复机械的故障诊断，状态识别和诊断决策标准日臻完善。

超稠油的管道输送大量采用单螺杆泵，这类设备采用的转子材料为合金钢，定子材料为橡胶，刚性与柔性材料间摩擦产生的振动波形和刚性与刚性材料的有很大不同，通过现场监测实践，总结规律，以掌握并及时发现单螺杆泵运行状态及存在的故障，避免维修盲目性、降低维修费用，保证设备安全运行。

单螺杆泵主要由驱动装置、减速箱、传动轴、转子和橡胶定子组成，工作原理为驱动装置经过减速箱减速后将动力通过万向节带动螺杆泵转子运转，转子是截面为圆形的单头螺杆，定子是具有双螺旋线的内腔，在螺旋转子和定子之间形成S形封闭空腔，螺杆在定子橡胶套里转动，形成容积变化，从而实现传输介质的目的。定子作为摩擦副中的易损件是影响单螺杆泵运行的主要因素，造成定子磨损的主要原因是温度过高、转子不平衡或与电机不对中等。

二、对单螺杆泵振动故障的判别方法和诊断

单螺杆泵在运行过程中常见的故障有转子不平衡、减速箱齿轮或轴承磨损、转子和电机不对中、基础失稳、定子磨损等。

设备振动信号一般较复杂，从数据处理分类可分为确定性信号和非确定性信号。上述单螺杆泵故障信号是确定性信号，可以用函数关系来描述，即通过理论计算和频谱分析技术均可确定它们的特征频率，从而确定故障的类型和部位。振动分析仪器利用电压加速度传感器将振动信号转换为电信号，对振动信号进行处理和分析，得到设备各种振动量的准确值，进而判断这些设备运转状态、故障的部位和故障原因。

1.单螺杆泵转子不平衡

图1 单螺杆泵转子不平衡振动频谱图

图2 单螺杆泵滚动轴承和齿轮振动频谱图

图3 单螺杆泵机组基础振动频谱图

图1是特油公司二区四号站单螺杆泵运行图谱，图谱出现了1倍工频超差，主要反映转子动平衡不好，原因有转子抱轴，碰摩等，应进行转子动平衡检查。

2.齿轮箱滚动轴承和齿轮故障

图2是特种油开发公司二区三站的1台单螺杆泵振动图谱，从图谱看，该测点峭度指标5.02，超过标准，而且高频谐波较多，而该测点位置为减速箱轴承处测点，因此可以判断该减速箱轴承或齿轮存在大的故障，可能是减速箱齿轮或轴承剥落。

3.机组基础振动故障

对单螺杆泵机组的监测还可以发现设备基础刚性不足和共振问题，以及时进行相应处理。图3为电机空转振动图谱，在工频状态下振动速度最大，为121 mm/s，电机基础松动是振动的主要原因。

图4 螺杆泵定子振动频谱图

4.螺杆泵定子故障

图4为特油公司二区四号站正在运行的2#螺杆泵定子的振动图谱，从图谱看，振动测点峭度指标2.85，没有超过标准，仅频谱图高频谐波较多，而该测点位置为螺杆定子处测点，因此可以判断该定子不存在大的故障，只是由于使用时间很长，存在间隙较大的可能，建议适时检查。

1 万邦列，葛占玉.单螺杆式水利机械的啮合理论及其作用力研究.石油学报，1989，18(3)：97～108

2 陈荣振.机械振动与故障诊断〔M〕.石油大学出版社，1992

3 中国运载火箭技术研究院.设备故障诊断技术及应用.北京航空航天大学出版社，2000

4 沈庆根.化工机器故障诊断技术〔M〕.浙江大学出版社，1999