船用三螺杆泵故障分析

朱殿璞，刘瑞青，崔 锋，吕伟领，张维勇

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

三螺杆泵属于容积式流体机械，主要通过主动螺杆和从动螺杆的回转运动来运输滑油。当主动螺杆旋转时，从动螺杆被带动旋转，通过主动、从动螺杆的这种同步异向回转运动，在进口腔处形成真空，在大气压作用下，工作介质从吸入管路进入吸入腔，进而充满螺旋腔。随着螺杆的旋转，介质被不断地输送。因其具有结构合理、容积效率高、自吸性好等优点，在船舶、石油、石化、食品工业等方面应用广泛。现有三螺杆泵的文献主要在性能研究、型线优化、故障分析等方面进行了研究。

宋超等[1]通过分析螺杆表面的压力分布，找到了影响螺杆使用的重要因素，并给出了基本的求解公式，设计者可以此对螺杆结构进行优化；李福天[2]提出了适当减小螺旋导程等 4种途径，来提供高压三螺杆泵的可靠性和效率；曾敏[3]研究了三螺杆泵转子型线的设计要求和设计方法，推到了三螺杆泵转子的型线方程，并对其进行了三维实体建模，分析了其力学性能等，为三螺杆泵转子型线的设计提供了一定的依据；宋超[4]利用三维建模、有限元分析等方法，对螺杆的机构形式、加工方法、受力情况等进行了研究，为螺杆泵的设计提供了一定的理论基础。贾昀昭[5]从零部件故障和系统故障2个方面对三螺杆泵的故障模式进行了具体分析，并且选定了其性能评估指标，利用泵组试验台分析其影响因素，最终验证了三流感泵故障模式分析的正确性；聂树彬等[6]研究了润滑油泵结构的优缺点，对船用油泵离岸时出现振动噪声大的情况进行了分析，并提出了改进措施。

本文通过原因分析、拆检、故障排查、故障确认、故障修复等，解决了某船用三螺杆泵无法盘车的故障，为预防三螺杆泵发生类似故障提供了思路，起到了重要的指导性作用。

1 组成及工作原理

该泵为立式三螺杆泵结构，电机通过联轴器连接驱动三螺杆泵。电机和三螺杆泵均安装在联接架上，联接架再刚性联接到油箱上。三螺杆泵未配备安全阀，进口装有过滤器，出口装有配对法兰，便于与外接管路的安装。该泵主动螺杆旋转时，介质沿着螺杆螺旋和衬套之间形成的密封腔，轴向移动，直至出口管路。由于泵进口介质被抽取，在进口腔处形成真空，在大气压作用下，工作介质从进口管路进入吸入腔，充满螺旋腔。随着主从动螺杆的旋转，介质被不断地的从进口输送到出口。如图1所示为该泵的简要组成图。

图1 海水泵组组成

2 三螺杆泵故障分析

2.1 故障现象

对该泵进行开机，开机时先点动判断旋向正确，启动后运行了几秒钟后发现UPS电源显示超载，然后停机，盘车后发现盘车紧，需要用加力杆在电机风扇叶片处盘车，机组能稍微有转动，点动后观察机组电机风扇叶片处的电机叶片不旋转，检查机组已无法盘车。

2.2 原因分析

该三螺杆泵在出厂时各项性能符合指标，并且该种型式的泵在其他机组中也有应用，其结构简单，运行比较稳定，出现无法盘车的原因初步分析有以下原因。

1）电动机故障。电动机是螺杆泵的原动机，电动机转子发生卡涩也会导致泵无法盘车和盘车异常的现象，但该种现象发生概率极低。

2）三螺杆泵的转子（螺杆）吸入异物卡涩。由于三螺杆泵是通过主从动螺杆的旋转形成空腔吸入滑油输送至出口，且螺杆型面之间间隙较小，螺杆与衬套之间的间隙同样也很小，理论上有少许杂质时可通过流道排出泵外，一旦杂质正好卡到螺杆型面之间，则会损坏螺杆造成卡涩，严重时会损坏型面，造成螺杆泵损坏。

3）三螺杆泵缺油造成卡涩。螺杆泵会经常发生或容易发生的故障就是缺油造成的损坏，螺杆泵一旦缺油运行，会在短时间内造成卡涩，严重的会瞬间造成抱轴，造成无法盘车和盘车异常现象。

2.3 拆检结果、故障排查、故障确认

根据初步原因分析，对该三螺杆泵进行了拆检，拆检时将电机与三螺杆泵分开，电机转动灵活，三螺杆泵从杆可以活动，主动螺杆无法旋转。将泵拆检后的示意图见图2。

图2 拆检结果

经过拆检，从图2中可以看出从动螺杆、螺杆衬套、滚动轴承、上轴承等零件均无异常损坏，并且电动机盘车灵活无卡涩；三螺杆泵主动螺杆平衡盘外表面（见图2a)）与上端盖配合的内表面（见图 2b)）有轻微粘连，用铜棒轻微一震就分开。

根据拆检结果，以及现场开机过程的分析，确认三螺杆泵无法盘车的原因为机组首次启动时机组未灌油干磨导致的螺杆与上端盖粘连。三螺杆泵在首次开机时需要对机组进行灌油，确保机组首次开机时机组内部有油。机组开机后进口的滑油经过螺杆输送至泵出口，出口腔内的滑油通过主动螺杆平衡盘与上端盖的间隙进入滚动轴承，润滑滚动轴承。在缺油或少油的情况下，三螺杆泵无法从油箱吸油，导致出口腔缺油，主动螺杆平衡盘与上端盖的间隙无油产生磨损进而粘连，在停机盘车时会发生无法盘车的现象。

3 故障修复

3.1 修复处理

根据拆检结果，衬套、轴套、骨架油封、轴承、密封垫等无明显损坏，尺寸符合图纸要求。前端盖与主动螺杆配合内孔有明显的痕迹，且内孔垂直度已不符合图纸要求。因此对主动螺杆平衡盘外表面与上端该内表面进行去除毛刺、打磨，然后进行复装，复装后盘车灵活，无死点。修复后相关尺寸均在要求的范围内。

3.2 修复前后对比

对三螺杆泵修复前后均进行了性能实验，如图3所示，拆检前后的性能曲线相差很小，并且拆检后各测试压力点的流量均高于拆检前，尤其在额定压力0.3 MPa处，拆检后流量为18.75 m3/h，较拆检前的流量18.78 m3/h下降了0.16%，这种相差很小的结果主要是因为测量误差，这也证明了拆检后的三螺杆泵性能符合要求。

对三螺杆泵修复前后均进行了振动测试，如图4所示，为三螺杆泵基脚平均振动加速度图，从图中可以看出拆检前后的基脚平均振动加速度相差不大，这也证明了拆检后的三螺杆泵符合要求。

图3 拆检前后流量对比

图4 拆检前后振动对比

4 结论

本文解决了某船用三螺杆泵无法盘车的故障，为预防三螺杆泵发生类似故障提供了思路，起到了重要的指导性作用。

三螺杆泵在启动和运行过程中特别需要关注以下几点：

1）泵组首次启动需要灌油，确保机组内部满油；

2）确保机组旋向正确，如机组有反向运行的情况，需要重新确认灌油；

3）三螺杆泵启动后需关注出口压力，若机组无法建立压力，应立即停机，盘车检查，灌油。