胡以懷，蔣佳煒，方云虎，張 陳，芮曉松

（1. 上海海事大學(xué)，上海 201306；2. 中航鼎衡造船有限公司，江蘇 江都 225217）

0 引 言

船舶機電系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，除了船用柴油機和往復(fù)式空壓機之外，大部分設(shè)備都是旋轉(zhuǎn)機械，如推進軸系、主機增壓器、分油機、各式泵浦、輔助鼓風(fēng)機和機艙風(fēng)機等。實踐證明，各種機械振動的變化對機器故障的敏感性遠高于溫度和壓力等參數(shù)，特別適于對各種旋轉(zhuǎn)機械和柴油機關(guān)鍵運動部件的故障進行診斷。振動監(jiān)測與分析技術(shù)已在石油、化工、電力和冶金等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1]，但在船舶機艙機電設(shè)備診斷中應(yīng)用較少[2-3]。采用振動檢測方法對船舶旋轉(zhuǎn)機械進行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、維修決策支持和安全管理，對于充分發(fā)揮船舶已有設(shè)備的使用功能，減少人為操作失誤和設(shè)備重大故障，提高船舶動力裝置的安全運行性能，減少經(jīng)濟損失和海洋環(huán)境污染而言，具有很大的實用價值[4]。

本文采用北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所開發(fā)的ICP型加速度計和DASP-10振動檢測儀，對船舶機艙內(nèi)的主要旋轉(zhuǎn)機械進行振動測試和分析，獲得一些重要的特征信息，為振動測試技術(shù)在船舶機艙設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。該ICP型加速度計是一種內(nèi)置電荷放大器的加速度振動傳感器，線性頻響范圍為20Hz～20.0kHz，電壓靈敏度約為10.0mV/(m/s2)。DASP-10振動檢測儀是一套便攜式大容量四通道數(shù)據(jù)采集器，集信號觸發(fā)、濾波、AD（Analog-to-Digital）轉(zhuǎn)換、實時示波、時域分析、頻譜分析和數(shù)據(jù)存儲等功能于一體，可進行現(xiàn)場振動分析和數(shù)據(jù)傳送。

1 分油機振動測試

首先對ALFA LAVA的滑油分油機外殼的前側(cè)和右側(cè)徑向測點和輸油泵徑向測點進行振動試驗，分油機前側(cè)的振動測點布置見圖1，采樣頻率為2048Hz。該分油機的運行轉(zhuǎn)速為9 512 r/min，3個測點的振動測試與分析結(jié)果見圖2。

圖1 分油機前側(cè)的振動測點布置

圖2 滑油分油機3個測點的振動測試分析結(jié)果

可見，不同測點的振動信號盡管振動幅值略有不同，但基頻（158.5Hz）的振動都占主要成分。為提高采樣的頻率分辨率，取1024Hz采樣頻率對另一臺ALFA LAVA滑油分油機進行振動試驗，發(fā)現(xiàn)分油機表面的振動信號仍包含明顯的基頻振動特征。監(jiān)測分油機振動的這個基頻特征，可了解分油機立軸磨損或分離碟盤不平衡等故障。若頻譜圖中只有1個主要的基頻線譜，且振幅隨轉(zhuǎn)速升高很快，則分油機可能出現(xiàn)了排渣不凈、分離碟盤質(zhì)量不平衡和立軸失衡等機械不平衡故障；若頻譜圖中有3～4個線譜，且第1個線譜對應(yīng)于基頻，則分油機可能出現(xiàn)了螺栓松動、法蘭松動、底座松動和緊固件與機蓋或配水盤擦碰等機械松動故障；若頻譜圖中最大的線譜頻率是4倍或4倍以上基頻，則很可能是分油機立軸出現(xiàn)了磨損故障。

2 泵浦振動測試

對機艙 2#立式淡水泵表面不同測點進行振動測試，采樣頻率為2048Hz。在水泵外部右側(cè)上部、右側(cè)下部和前側(cè)上部徑向分別布置 3只加速度傳感器，在前側(cè)下部布置1只速度傳感器。前側(cè)振動測點布置見圖3，測試與分析結(jié)果見圖4。

除了3#測點因傳感器安裝不牢固之外，其他測點的振動都表現(xiàn)出簡諧振動的特征，都有不同的特征頻率，這是進行泵浦狀態(tài)監(jiān)測的主要特征參數(shù)。此后對機艙1#、2#和3#等另外3組冷卻水泵進行振動測試。

圖3 立式淡水泵組前側(cè)振動測點布置

圖4 冷卻水泵測試與分析結(jié)果

分析可知：泵浦外殼的徑向振動都表現(xiàn)出與基頻（25Hz）成整數(shù)倍關(guān)系的振動特征，反映出了旋轉(zhuǎn)機械的振動特點，這些特征頻率都可作為機艙泵浦的振動監(jiān)測依據(jù)。若頻譜圖中只有1個主要的基頻線譜，且振幅隨轉(zhuǎn)速升高很快，則泵浦可能出現(xiàn)了電動機轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心、軸頸偏心和轉(zhuǎn)子與定子摩擦等機械不平衡故障；若頻譜圖中有3～4個線譜，且第1個線譜對應(yīng)于基頻，則泵浦可能出現(xiàn)了安裝螺栓松動、底座松動和基礎(chǔ)不平等機械松動故障，通常伴有不平衡或不對中現(xiàn)象；若頻譜圖中最大的線譜頻率是4倍或4倍以上基頻，則很可能是軸承出現(xiàn)了磨損故障；若頻譜圖中的線譜是1～2倍基頻×電機磁極對的關(guān)系，切斷電源后振動消失，則很可能是出現(xiàn)了電氣故障。

3 增壓器振動測試

對MAN B&W 6S35ME-B船舶主機增壓器3個測點進行振動測試。測點1和測點2是2個徑向測點（見圖5），測點3是一個軸向測點，采樣頻率為5120Hz，增壓器運行轉(zhuǎn)速為18000r/min，測試與分析結(jié)果見圖6。盡管3個測點的振幅不同，但頻率特征非常相似，都表現(xiàn)為簡諧振動，基頻為300Hz。若頻譜圖中只有1個主要的基頻線譜，且振幅隨轉(zhuǎn)速升高很快，則表明增壓器出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子失衡、葉輪與外殼碰擦、渦輪或葉輪變形、渦輪或葉輪變形斷裂、透平局部積灰和葉片脫落等機械不平衡故障[5]；若頻譜圖中最大的線譜頻率是4倍或4倍以上基頻，則很可能是增壓器轉(zhuǎn)子軸承出現(xiàn)了磨損故障；若頻譜圖中有0.5倍頻線譜或多倍頻線譜，且增壓器有明顯的嘯叫，則可能出現(xiàn)了壓氣機喘振故障。

圖5 主機增壓器徑向測點布置

另外，對主機的輔助鼓風(fēng)機進行振動測試，結(jié)果見圖 7。該鼓風(fēng)機的運行轉(zhuǎn)速為 2945r/min，基頻為49Hz，可從圖7中明顯看出基頻和2倍頻的振動特征。

圖6 增壓器3個測點的振動測試與分析結(jié)果

圖7 輔助鼓風(fēng)機的振動測試與分析結(jié)果

4 中間軸承振動測試

對主機推進軸系中間軸承進行垂直方向和水平方向的振動測試，測點布置見圖8，測試結(jié)果見圖9。由圖9可知，2個方向的振幅和頻率特征非常相似，都存在41Hz的基頻成分。中間軸承的振動基頻除了與轉(zhuǎn)速有關(guān)以外，還與主機的缸數(shù)和螺旋槳葉片數(shù)有關(guān)。若頻譜圖中有1倍基頻的線譜，有時有2倍或3倍基頻的線譜，且軸向振動較大，則很可能是軸系出現(xiàn)了聯(lián)軸節(jié)或軸承不對中、軸彎曲故障；若頻譜圖中最大的線譜頻率是4倍或4倍以上基頻，則很可能是中間軸承出現(xiàn)了磨損故障。另外，主機機架的振動還有少量高頻成分，這除了與柴油主機的轉(zhuǎn)速有關(guān)以外，還與基礎(chǔ)振動有關(guān)。

圖8 中間軸承測點布置

圖9 中間軸承垂直方向和水平方向的振動測試結(jié)果

5 結(jié) 語

本文對船舶機艙內(nèi)的分油機、泵浦、渦輪增壓器、應(yīng)急鼓風(fēng)機和中間軸承等典型旋轉(zhuǎn)機械進行了振動測試和分析。結(jié)果表明，船舶機艙內(nèi)的這些旋轉(zhuǎn)機械具有與基頻成整數(shù)倍關(guān)系的頻率特征，可作為振動監(jiān)測的主要特征參數(shù)。雖然船舶航行時機艙有一定的基礎(chǔ)振動，但陸上旋轉(zhuǎn)機械的振動監(jiān)測方法同樣適用于船舶機艙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機械，這為船舶設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了一種非常實用的監(jiān)測手段。