G 型螺杆泵作为容积式转子泵的典型代表，其工作环境多为高粘度、含颗粒或腐蚀性介质，故障模式与离心泵、齿轮泵存在显著差异。深入理解其核心故障的表现形式、成因及鉴别方法，是石油化工、污水处理等行业保障连续生产的关键。以下从流量异常、动力系统故障、密封失效三大类展开分析：
一、流量与压力异常类故障：从介质特性到结构磨损的连锁反应
（一）流量骤降或无输出
1. 核心成因与鉴别
· 吸入管路气蚀：介质含气（如原油中的溶解气）或吸入管漏气时，泵腔无法形成有效密封容腔，表现为流量波动伴随 “嘶嘶” 气蚀声，压力表指针剧烈摆动。可通过关闭出口阀检测真空度（正常应≥-0.05MPa，低于此值提示漏气）。
· 螺杆 - 衬套间隙超限：长期输送含砂介质会导致螺杆牙顶磨损、衬套内壁龟裂，间隙从初始 0.1mm 增至 0.5mm 以上时，容积效率下降＞30%。拆解后可见螺杆表面沟痕，衬套橡胶出现 “啃咬” 痕迹。
· 介质粘度突变：油温骤降导致原油粘度从 500cSt 升至 5000cSt 时，超出泵设计范围，流量可下降 50% 以上，此时电机电流显著升高（超额定值 15%），泵体温度异常（比环境高 30℃以上）。
2. 应对逻辑
· 气蚀问题需检查吸入管法兰密封（更换丁腈橡胶垫片）、加装油气分离器；
· 间隙超限必须成套更换螺杆与衬套（单换其一将加剧磨损），含砂介质场景建议升级为碳化钨涂层螺杆；
· 粘度突变需配套伴热系统（维持介质温度≥50℃），或选用大导程螺杆型号（如导程从 100mm 增至 150mm）。
（二）压力异常波动
1. 典型表现与根源
· 出口管路堵塞：过滤器滤网破损导致颗粒进入管路，或高粘度介质冷却凝固，表现为压力骤升（超额定值 20%）后骤降，泵体振动幅值＞5.5mm/s（ISO 10816 标准）。拆检出口阀可见阀芯卡滞痕迹。
· 衬套局部脱胶：橡胶衬套与金属外套粘合失效时，局部形成 “弹性失效区”，压力波动周期与螺杆转速同步（如 1500r/min 时波动频率 25Hz），听诊可闻及周期性 “闷响”。
· 安全阀起跳失灵：石化行业常用的弹簧式安全阀（起跳压力 1.1 倍额定值）若卡涩，会导致压力持续升高，最终引发机械密封泄漏，此时安全阀出口法兰有介质喷溅痕迹。
2. 解决路径
· 管路堵塞需拆解清理，升级为自清洁过滤器（带反冲洗功能）；
· 衬套脱胶必须整体更换，安装时确保过盈配合（衬套外径比泵腔大 0.1-0.2mm）；
· 安全阀需每月手动校验（缓慢升压至起跳值），更换抗结垢弹簧（如 Inconel 718 材质）。
二、动力与传动系统故障：从电机过载到机械损伤的递进关系
（一）电机过载烧毁
1. 多因素耦合机制
· 介质卡滞：输送含纤维介质（如化工废渣）时，纤维缠绕螺杆导致扭矩骤增，电机电流 3 秒内升至额定值 2 倍以上，热继电器未及时跳闸（设定值过高），最终绕组绝缘击穿。解体电机可见转子笼条断裂，绕组发黑碳化。
· 轴承抱死：轴承缺油（润滑脂填充量＜1/3 腔室）或安装偏斜（轴向游隙＞0.3mm），导致摩擦升温至 150℃以上，滚珠与滚道形成 “熔焊” 痕迹，传动系统卡死。振动频谱显示轴承外圈故障频率（fo=0.3×n）振幅超 10g。
· 电源异常：石化现场电压波动超 ±10%，或缺相运行（如接触器一相触点烧蚀），导致电机三相电流不平衡（偏差＞10%），绕组局部过热。用红外热像仪可检测到某相绕组温度比其他两相高 20℃以上。
2. 预防体系
· 加装扭矩限制器（设定值 1.2 倍额定扭矩），含纤维介质需配入口切割装置；
· 轴承采用自动润滑系统（每 8 小时补脂一次），安装时用百分表校准轴向窜动量（≤0.1mm）；
· 配置稳压器与缺相保护继电器（动作时间＜0.1 秒），电机绕组埋置 PT100 测温（超 120℃报警）。
（二）联轴器失效
1. 典型失效模式
· 弹性块碎裂：橡胶弹性块（邵氏硬度 60±5）在轴向窜动＞0.5mm 时，承受交变剪切力，2000 小时后出现径向裂纹（长度超直径 1/3），导致传动比波动 ±3%，泵转速忽高忽低。
· 法兰螺栓断裂：安装时未对角均匀紧固（扭矩偏差＞20%），或螺栓材质误用（8.8 级代用 12.9 级），在振动载荷下发生疲劳断裂，断口呈 “海滩纹” 特征（疲劳源位于螺纹根部）。
· 轴系不对中：径向偏差＞0.2mm 或角向偏差＞0.1mm/m 时，联轴器端盖温度比环境高 40℃，半年内会导致电机轴承外圈磨损（沟道呈椭圆形）。激光对中仪检测可见明显偏差轨迹。
2. 维修规范
· 弹性块选用聚氨酯材质（耐疲劳寿命是橡胶的 3 倍），安装时预留 0.3mm 轴向间隙；
· 螺栓采用 12.9 级高强度螺栓，涂抹螺纹锁固剂（如乐泰 243），按扭矩扳手设定值（如 M12 螺栓 350N・m）对角紧固；
· 每次大修后用激光对中仪校准，记录偏差值（存档 3 年）。
三、密封系统故障：从微量泄漏到安全事故的临界状态
（一）机械密封失效
1. 分级泄漏特征
· 初期泄漏（＜5 滴 / 分钟）：动环与静环（碳化硅对石墨）因颗粒磨损导致平面度偏差＞0.005mm，泄漏液在密封腔形成 “油膜”，用荧光检漏剂可发现微量渗漏。
· 中度泄漏（10-30 滴 / 分钟）：O 型圈（氟橡胶）因介质腐蚀出现 “溶胀”（直径增大 5% 以上），或弹簧疲劳（自由长度缩短＞2mm），导致密封比压不足，泄漏液沿轴套滴落，在泵座形成积液。
· 突发喷射泄漏：石化行业高温介质（如 180℃沥青）导致波纹管式机械密封焊接点开裂，或静环防转销断裂，密封面完全脱离，介质呈雾状喷射，此时泵体附近可燃气体报警器立即触发（浓度＞25% LEL）。
2. 密封升级方案
· 颗粒介质采用外冲洗方案（PLAN 32，冲洗液压力比介质高 0.1MPa），选用碳化硅 + 碳化硅摩擦副；
· O 型圈改用全氟醚橡胶（耐温 260℃），弹簧材质升级为哈氏合金 C276；
· 高温场景采用金属波纹管密封（焊接点进行氦检漏，漏率＜1×10⁻⁹ Pa・m³/s）。
（二）轴封填料泄漏
1. 传统密封的局限性显现
· 正常磨损泄漏：石棉盘根（含浸聚四氟乙烯）在轴表面线速度＞3m/s 时，100 小时后出现径向磨损（截面直径减少 10%），泄漏量从初始滴状变为线状，需每班次紧压盖（每次紧 1/4 圈）。
· 介质硬化卡滞：输送含结晶介质（如烧碱溶液）时，结晶在填料函内沉积，导致轴套与填料形成 “干摩擦”，轴套表面出现螺旋状划痕（深度＞0.2mm），最终填料被磨穿。
· 安装不当：填料切口角度（45°）错位，或层数不足（少于 5 层），导致压力分布不均，30% 的泄漏集中在某一接口处。
2. 替代与改进
· 逐步淘汰石棉填料，改用柔性石墨盘根（含镍丝增强），切口采用 “阶梯式” 对接（避免直通缝隙）；
· 结晶介质场景加装轴封冲洗（PLAN 52，用热水溶解结晶），控制填料函温度＞介质熔点 5℃；
· 压盖安装时用百分表校准同心度（与轴偏差≤0.1mm），预紧力控制在 0.3MPa（通过压力传感器监测）。
四、故障诊断的系统化方法
1. 振动频谱分析：通过采集泵体振动信号（采样频率 25.6kHz），识别特征频率 —— 如螺杆与衬套磨损时，2 倍转频（2×n/60）振幅会升高 3 倍以上；轴承故障则呈现特定谐波（如 608 轴承故障频率 156Hz）。
2. 油液铁谱检测：对轴承箱润滑油进行分析，当 5-10μm 磨粒浓度＞50 个 /mL，且出现 “切削状” 磨粒（长度＞20μm），提示螺杆与衬套异常磨损。
3. 红外热成像：定期扫描泵体表面温度场，正常工况下螺杆区域温度比衬套高 5-8℃，若局部出现 20℃以上温差，可能存在衬套脱胶或介质堵塞。
结语：建立故障树分析（FTA）体系
G 型螺杆泵的故障具有明显的 “多米诺效应”—— 如入口过滤器堵塞（顶事件）可追溯至滤网选型错误（底事件）、巡检频次不足（中间事件）等 23 项关联因素。建议按 API 686 标准建立故障树，通过风险矩阵（发生概率 × 后果严重度）确定预防优先级，将 80% 的维护资源集中于高风险故障（如机械密封泄漏、电机过载），实现从 “事后维修” 到 “预测性维护” 的转型。