擠壓機(jī)主減速箱軸承故障分析及對策

張 鑫 陳 峰 蘇志忠 戴風(fēng)濤（中油股份獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

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擠壓機(jī)主減速箱軸承故障分析及對策

張 鑫 陳 峰 蘇志忠 戴風(fēng)濤
（中油股份獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

摘 要：通過振動、磨損與潤滑狀態(tài)監(jiān)測，分析機(jī)組的異常工作狀態(tài)，確定了擠壓機(jī)主減速箱內(nèi)滾動軸承的故障，同時說明了故障原因，給出解決方案。并且通過大檢修對該故障進(jìn)行了驗(yàn)證，說明了狀態(tài)監(jiān)測工作對設(shè)備的必要性。

關(guān)鍵詞：擠壓機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測；軸承；故障分析；驗(yàn)證

某石化公司乙烯廠聚烯烴一聯(lián)合車間成立于2009年11月14日，由30萬t/a高密度聚乙烯裝置、60 萬t/a全密度聚乙烯裝置和55萬t/a聚丙烯裝置聯(lián)合組成。

擠壓機(jī)是聚丙烯產(chǎn)品后處理單元中最重要的設(shè)備，其能否正常、平穩(wěn)的工作關(guān)系到整個裝置的正常生產(chǎn)情況，因此，保證擠壓機(jī)安全、穩(wěn)定、長周期的運(yùn)行是十分必要的，不僅要靠裝置技術(shù)人員精心操作和維護(hù)，還需要狀態(tài)監(jiān)測人員對其進(jìn)行精確的日常振動監(jiān)測。擠壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

擠壓機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　擠壓機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)圖

表1　擠壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

一、監(jiān)測與診斷

1.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測情況

2014年12月，聚烯烴一聯(lián)合車間聚丙烯裝置操作人員發(fā)現(xiàn)該擠壓機(jī)主減速箱振動狀態(tài)異常。2014年12月至2015年3月，對該機(jī)組進(jìn)行振動狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測人員使用SKFAX便攜式數(shù)采儀對擠壓機(jī)主減速箱進(jìn)行現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)采集。主減速箱監(jiān)測1#軸測點(diǎn)分布圖如圖2所示。監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示（備注：H—水平、V—垂直、A—軸向）。監(jiān)測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：SHS01003-2004《石油化工旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)》和SKF沖擊標(biāo)準(zhǔn)。

2.設(shè)備磨損監(jiān)測情況

同時，對該擠壓機(jī)主減速箱進(jìn)行了磨損與潤滑監(jiān)測與診斷。通過紅外光譜、元素光譜和鐵譜分析，具體監(jiān)測結(jié)果如下。

（1）潤滑油紅外光譜監(jiān)測分析

潤滑油紅外光譜監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。

監(jiān)測結(jié)果表明，擠壓機(jī)主減速箱潤滑油油品品質(zhì)未見劣化趨勢。

圖2　減速箱測點(diǎn)分布圖

表2　主減速箱振動狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

圖3　潤滑油紅外光譜分析圖

（2）潤滑油磨損元素監(jiān)測分析

潤滑油元素光譜監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4　擠壓機(jī)主減速箱潤滑油液中各元素含量趨勢圖

監(jiān)測結(jié)果表明，在本次監(jiān)測周期內(nèi)，擠壓機(jī)主減速箱潤滑油液中，鉻元素和硅元素增大，后逐漸降低。

（3）潤滑油中磨粒監(jiān)測分析

如圖5、6，監(jiān)測結(jié)果表明，在本次監(jiān)測周期內(nèi)，該機(jī)組主減速器潤滑油中以正常磨粒為主，存在個別大粒徑疲勞磨粒，少量嚴(yán)重滑動磨粒、切削磨粒及氧化物。

圖5　35-A-4001/2015-02-02-01-066_3倍數(shù)：200光源：白、綠

圖6　35-A-4001/2015-02-02-01-066_8倍數(shù)：500光源：白、綠

3.設(shè)備故障的診斷

（1）振動監(jiān)測診斷分析

由于1#、2#測點(diǎn)處均有軸承，兩處軸承的相關(guān)信息如表3所示。

表3　1#、2#測點(diǎn)處軸承相關(guān)信息表

對擠壓機(jī)主減速箱1軸進(jìn)行振動頻譜分析，2015 年1月15日，齒輪箱1軸1#、2#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜圖如圖7、8所示，齒輪箱1軸1#、2#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜如圖9、10所示。由圖7分析可知，1#測點(diǎn)主振頻為軸承外圈故障頻率及其2、5、6、9倍頻；由圖8分析可知，2#測點(diǎn)主振頻為軸承外圈故障頻率及其2、5、7倍頻；由圖9分析可知，1#測點(diǎn)主振頻為軸承外圈故障頻率及其2、5、6、9倍頻；由圖10分析可知，2#測點(diǎn)主振頻為軸承外圈故障頻率及其2、5、7倍頻。

圖7　齒輪箱1軸1#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜圖

圖8　齒輪箱1軸2#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜圖

圖9　齒輪箱1軸1#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜圖

圖10　齒輪箱1軸2#測點(diǎn)水平方向沖擊頻譜圖

通過對擠壓機(jī)主減速箱振動頻譜分析，齒輪箱1軸1#、2#測點(diǎn)的沖擊較大，主沖擊頻率為軸承外圈故障頻率及其倍頻，引起沖擊的主要原因?yàn)檩S承外圈故障。

（2）磨損及潤滑監(jiān)測診斷分析

潤滑油紅外光譜監(jiān)測分析結(jié)果表明，擠壓機(jī)主減速箱潤滑油油品品質(zhì)未見劣化趨勢。潤滑油品質(zhì)非造成機(jī)組運(yùn)行異常的原因。

潤滑油磨損元素監(jiān)測分析結(jié)果表明，在本次監(jiān)測周期內(nèi)，擠壓機(jī)主減速箱潤滑油液中污染元素鉻元素和磨損硅元素含量在2014年11月前增加趨勢明顯，在11月達(dá)到最大值，后逐漸降低。潤滑油中金屬元素含量降低的原因是由于減速箱帶有過濾系統(tǒng)，位于潤滑油液取樣口下游位置，作用是對潤滑油進(jìn)行過濾，保證潤滑質(zhì)量。所以在產(chǎn)生磨損初期，磨損元素含量增大，隨著潤滑油經(jīng)過過濾系統(tǒng)重新注入機(jī)組，在后續(xù)取得的樣品中的磨損元素會有一定的下降。而磨損元素中，硅元素含量增加現(xiàn)象表明，機(jī)組主減速箱油品可能曾受到外界雜質(zhì)污染，極有可能造成機(jī)組軸承和齒輪部件產(chǎn)生三體摩擦磨損損傷。而鉻含量增大，分析認(rèn)為是由于軸承滾子磨損引起鉻元素含量增大，造成機(jī)組軸承和齒輪部件產(chǎn)生二體摩擦磨損損傷。

潤滑油中磨粒監(jiān)測分析結(jié)果表明，在本次監(jiān)測周期內(nèi)，該機(jī)組主減速箱磨損嚴(yán)重程度在2014年11月前增加趨勢明顯，在11月達(dá)到最大值，后逐漸降低。降低的原因與元素光譜分析情況基本一致。異常磨粒以大粒徑切削磨粒為主，尤以2015年3月磨損監(jiān)測情況最為嚴(yán)重，磨粒形貌如圖5、圖6所示。此現(xiàn)象表明，該機(jī)組主減速器部分摩擦副可能發(fā)生較為嚴(yán)重的滑動、切削磨損損傷。

二、故障驗(yàn)證與討論

1.故障的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證前期監(jiān)測與診斷分析的準(zhǔn)確性，在2015 年4月35線擠壓機(jī)停工檢修期間，詳細(xì)調(diào)查了機(jī)組的檢修全過程。在檢修過程中過程中發(fā)現(xiàn)，在主減速箱1軸的某個軸承外圈內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)一道明顯劃痕，現(xiàn)場驗(yàn)證的故障情況基本符合前期狀態(tài)監(jiān)測的診斷意見。

2.故障原因分析與討論

通過采集振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)減速箱1軸的1#和2#測點(diǎn)在gE沖擊值方面有明顯的增大趨勢，其中1#測點(diǎn)gE沖擊值由3.1增大到5.3，而2#測點(diǎn)gE沖擊值由4.8增大到6.3。而振動烈度并無明顯變化。磨損監(jiān)測情況基本與此一致。

由頻譜數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果來看，2014年12月28日至2015年3月3日期間，齒輪箱1軸1#、2#測點(diǎn)水平方向沖擊頻率為其軸承外圈故障頻率及其倍頻，導(dǎo)致該頻率出現(xiàn)的原因可能是軸承外圈故障。引起該軸承外圈故障的原因可能是多種多樣的，需要對其進(jìn)行進(jìn)一步分析才能了解故障原因。磨損元素光譜及磨粒定性鐵譜分析結(jié)果也驗(yàn)證和確定上述缺陷的客觀存在。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和查閱資料可初步確定，該軸承主要失效形式為卡傷或滾道壓痕。該軸承上劃痕可能與過大載荷、潤滑不良、異物進(jìn)入、軸承內(nèi)外圈傾斜、軸上產(chǎn)生撓度、運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊導(dǎo)致精度不良等幾個因素有關(guān)。

過大載荷和潤滑不良會引起軸承面積較大且無規(guī)律的磨損，但現(xiàn)場調(diào)研并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象；軸承內(nèi)外圈傾斜和軸上產(chǎn)生撓度雖然會導(dǎo)致卡傷，但同時由于受力不均，會磨損軸承內(nèi)最脆弱的保持架，但從現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果來看，該軸承保持架并未出現(xiàn)相應(yīng)磨損；而在加工和運(yùn)輸過程中，由于軸承必須平放，會導(dǎo)致軸承外圈內(nèi)側(cè)產(chǎn)生一道軸向劃痕，在現(xiàn)場調(diào)研時未發(fā)現(xiàn)有軸向劃痕，遂排除該可能。由于該劃痕的位置特殊，恰好接觸了軸承的滾子和外圈內(nèi)側(cè)，所以分析認(rèn)為導(dǎo)致劃痕產(chǎn)生的主要原因是堅硬異物的進(jìn)入，使異物與滾子一起在軸承外圈內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動，將其劃傷導(dǎo)致軸承損壞、振動和沖擊值的增大。磨損監(jiān)測元素光譜分析污染元素硅、磨損元素鉻元素含量的異常變化，表明造成軸承異常磨損的來源及程度。

三、故障處理及對策

本次機(jī)組檢修，根據(jù)設(shè)備故障檢查及評估，對該擠壓機(jī)主減速箱軸承故障，采取更換損壞的23060CC/ C3W33軸承的措施。

對后續(xù)擠壓機(jī)的日常操作與維護(hù)，首先要對擠壓機(jī)主減速箱1軸進(jìn)行徹底清理，查找并整改其余可能導(dǎo)致振動、沖擊增大的因素，例如磨損、腐蝕、載荷過大等。其次，進(jìn)一步加強(qiáng)擠壓機(jī)組振動與磨損的狀態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)維護(hù)與狀態(tài)維修，確保機(jī)組安穩(wěn)長周期運(yùn)行。

四、結(jié)語

滾動軸承作為石化設(shè)備關(guān)鍵部件，也是其重要故障源之一。本文通過對CMP308型擠壓機(jī)機(jī)組振動、磨損聯(lián)合監(jiān)測與診斷分析，及早發(fā)現(xiàn)了機(jī)組運(yùn)行的異?，F(xiàn)象，并在接下來的時間里對該機(jī)組進(jìn)行持續(xù)的跟蹤監(jiān)測與診斷，確認(rèn)了機(jī)組的故障類型與程度，為機(jī)組檢修前的安全運(yùn)行提供了及時準(zhǔn)確的技術(shù)支持。

通過本案例可以看出，振動、磨損與潤滑狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)在準(zhǔn)確了解軸承的性能狀態(tài)變化和及時發(fā)現(xiàn)潛在故障等方面起著非常重要的作用，可有效提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行管理水平及維修效能，從而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：TH133.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）03-0068-04

收稿日期：（2016-01-04）