某船消防泵振动故障诊断

贾智年，杜向华

(1.92601部队,广东 湛江 524009;2.娄底潇湘职业学院,湖南 娄底 417000)

在对船用设备进行振动监测与故障诊断时，常常将设备按照运转方式分为回转设备和往复设备2大类，它们的振动评价标准和故障诊断方法明显不同[1]。回转设备振动信号频谱简单，不同故障时频谱相差明显，多数情况下对振动速度的频谱和时间信号进行分析可以准确判断故障[2-3]。在对其进行振动监测时，我们不能仅判断一台设备是否发生故障，而是根据我们监测所得的数据参数，多方位判断设备的运行状态，尽可能准确地对设备的故障进行诊断，判断故障发生的具体部位以及发生故障的原因。这样对设备进行维修时，可以更高效地对设备进行修理，以及在平时设备维护保养时对常发生故障的部位给予更多的关注。振动在机械设备中普遍存在，当设备内部发生故障时，振动幅值会随之变化，对采集到的异常振动信号进行分析，进而查出故障原因及部位，是振动监测与故障诊断的基本任务[4]。

1 信号采集与分析

某船消防泵是立式安装的电动叶轮泵，额定功率20 kW，额定转速2 950 r/min。对其进行振动监测时发现，该泵泵端轴承处振动烈度超标，轴承脉冲值偏大。通频振动烈度和轴承脉冲值数据见表1，表1中，dBm为滚动轴承冲击脉冲的最大值，用于度量滚动轴承的损伤程度[2，4]；dBc为滚动轴承冲击脉冲的地毯值，用于度量滚动轴承的表面粗糙度以及表现安装和润滑的状态。按照GB/T 16301-2008《船舶机舱辅机振动烈度的测量和评价》 ，该泵振动等级为D级，需要立即检修。

表1 通频振动烈度和轴承脉冲数据

对泵轴承处振动加速度时间波形、振动速度波形和频谱进行了测试和分析。采集参数如下：振动加速度时间波形滤波频率10 Hz～40 000 Hz，采样频率131 072 Hz，采样时间1 s；振动速度时间波形滤波频率2 Hz～1 000 Hz，速度频谱滤波频率2 Hz～1 600 Hz，采样频率4 096 Hz，采样时间5 s。同时，采集了该泵在无负载和加负载状态下的信号，并进行对比，排除一些额外因素引起的干扰。阀门关闭时泵轴承水平径向振动加速度时间波形如图1所示，阀门开启时泵轴承水平径向振动加速度时间波形如图2所示。可以看出在阀门关闭时，振动加速度波形存在明显的异常冲击；而阀门开启时，冲击消失。可见，异常冲击与阀门状态密切相关，可能是流体造成的，也可能是因为不同负荷下对轴承的高频振动响应不同。初步怀疑泵叶轮或者轴承故障。阀门关闭时泵轴承水平径向振动速度时间波形如图3所示，阀门开启时泵轴承水平径向振动速度时间波形如图4所示(注：速度为均方根值)。阀门开关与否对速度波形影响不大，但是对振动幅值和加速度波形影响大。

图2 阀门开启时泵轴承水平径向振动加速度时间波形

图3 阀门关闭时泵轴承水平径向振动速度时间波形

图4 阀门开启时泵轴承水平径向振动速度时间波形

2 故障诊断

该泵为6叶叶轮泵，轴承为滚动轴承，从表1可知，泵轴承处通频烈度值超标，且比泵电机的振动烈度大很多，因此电机状态正常，问题出在泵端。dBm和dBc值较大，并且dBm-dBc<8，表示该轴承出现早期损伤，且很可能润滑状态劣化。但是振动加速度冲击出现的频率是泵转频，不是轴承特征频率。因此，该泵振动故障的主要原因不是轴承故障。

阀门关闭时泵轴承振动速度频谱如图5所示，阀门开启时泵轴承振动速度频谱如图6所示。可以看到，在泵空载和加载的情况下，都会出现大量的转频谐频，且叶频成分(6倍转频)突出。说明泵叶轮存在故障的可能性较大。综合以上现象，该泵振动大的2个主要可能原因是：泵叶轮损伤或者松动、泵轴承故障。

图5 阀门关闭时泵轴承振动速度频谱

图6 阀门开启时泵轴承振动速度频谱

3 结束语

1)综合振动信号谱与冲击解调谱分析判断该泵振动大的主要原因可能是该泵叶轮损伤或松动，建议拆解检查维修。

2)该泵泵端轴承可能因润滑不良而产生摩擦，使得轴承旋转部件明显损伤而产生轴承松动故障，建议更换轴承并注意润滑脂的添加。