狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在機(jī)泵軸承故障診斷中的應(yīng)用

喻迪垚

（中國(guó)石油遼陽石化分公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處，遼寧遼陽 111003）

0 引言

滾動(dòng)軸承是機(jī)泵主要基礎(chǔ)零部件，也是日常生產(chǎn)運(yùn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。軸承故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備劇烈振動(dòng)和噪聲，甚至引起密封泄漏、設(shè)備損壞和起火等重大事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)泵故障約有30%以上是滾動(dòng)軸承引起。

滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能由于各種原因引起損壞，例如，裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良（水分和異物侵入、腐蝕）、振動(dòng)大，以及過載。即使安裝、潤(rùn)滑和使用維護(hù)都正常，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損，無法正常工作。因此，有效判斷滾動(dòng)軸承故障是保證機(jī)泵長(zhǎng)、穩(wěn)、優(yōu)運(yùn)行的重要課題。

最初是利用聽針診斷軸承故障，這種方法沿用至今。訓(xùn)練有素的人員憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)茉\斷出剛剛發(fā)生的疲勞剝落，但影響因素較多、可靠性較差。隨著狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域快速發(fā)展，滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型逐漸完善，設(shè)備管理人員對(duì)軸承的幾何尺寸、振動(dòng)信號(hào)的頻率成分與軸承缺陷類型三者之間關(guān)系有了比較清楚的了解。對(duì)機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)和工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警和診斷預(yù)測(cè)，逐步改進(jìn)維修方式，從事后維修和定時(shí)維修過渡到狀態(tài)維修和預(yù)知維修，是流程工業(yè)杜絕事故、減少故障、降低生產(chǎn)成本的重要途徑。目前，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出多種軸承診斷的方法，基于加速度、噪聲等不同方式對(duì)軸承隱患進(jìn)行分析，有效保障了設(shè)備運(yùn)行的本質(zhì)安全。

目前，滾動(dòng)軸承故障診斷方法大體分為峰值檢測(cè)法、崤度檢測(cè)法、頻譜分析法、沖擊脈沖法、包絡(luò)解調(diào)分析法、振動(dòng)尖峰能量分析法、PeakVue 峰值分析法、軸承故障因子分析法（DEF）和振動(dòng)高頻濾波檢測(cè)法（LQ）等方法。企業(yè)采取的診斷方式依據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)不盡相同。目前，遼陽石化公司采用峰值檢測(cè)法、PeakVue 峰值分析法和振動(dòng)高頻濾波檢測(cè)法（LQ）等3 種診斷法結(jié)合的模式，綜合判斷軸承故障。下面以具體案例進(jìn)行說明。

1 問題的提出

某裝置預(yù)處理工段關(guān)鍵設(shè)備預(yù)加氫進(jìn)料泵，用于反應(yīng)物料的輸送，介質(zhì)為直餾石腦油，2018年7 月隨裝置投產(chǎn)。該泵由大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司制造，形式為BB5 多級(jí)離心泵，電機(jī)轉(zhuǎn)速2980 r/min，非驅(qū)動(dòng)端軸承采用1 對(duì)角接觸球軸承，背靠背安裝。該泵設(shè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用壓電傳感器測(cè)量軸承箱振動(dòng)，設(shè)備概貌如圖1 所示。

圖1 機(jī)泵概貌

通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)查得，該設(shè)備自投產(chǎn)起運(yùn)行較為穩(wěn)定，其振動(dòng)烈度一直維持在2.4 mm/s 以內(nèi)。2019年3 月5 日開始，泵非驅(qū)動(dòng)端水平測(cè)點(diǎn)加速度值小幅上漲，3 月9 日，達(dá)到30 m/s2后急速上漲，11 日，達(dá)到155 m/s2。期間機(jī)泵速度值由2.4 mm/s 上漲并維持在3.2 mm/s，此后無上漲趨勢(shì)。3h 測(cè)點(diǎn)加速度趨勢(shì)如圖2 所示。

圖2 3h 測(cè)點(diǎn)加速度趨勢(shì)

2 故障分析

從波形頻譜圖（圖3）看，各測(cè)點(diǎn)頻率成分以高頻為主（1200 Hz、3800～6000 Hz），低頻帶能量不明顯。高頻帶頻率為典型的軸承故障頻率，特征頻率附近衍生出諧波，表明發(fā)生了一定程度的沖擊。

圖3 3h 測(cè)點(diǎn)加速度頻譜

采用艾默生CSI2140 頻譜分析儀測(cè)量PeakVue 峰值進(jìn)行核對(duì)，該點(diǎn)PV 值為12.008 g（圖4），換算加速度為117 m/s2。測(cè)試結(jié)果與峰值檢測(cè)法數(shù)據(jù)接近。綜合分析，該設(shè)備存在軸承故障，應(yīng)立即停機(jī)檢修。

圖4 CSI2140 測(cè)試圖

3 軸承損壞原因分析及處理方案

機(jī)泵停機(jī)檢修，軸承拆解后發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)體、軸承內(nèi)外滾道有明顯剝落現(xiàn)象。兩軸承內(nèi)圈受推面剝落尤其嚴(yán)重，軸承內(nèi)圈與軸配合面存在燒結(jié)（圖5）。

圖5 軸承拆解

該軸承品牌為SKF，技術(shù)協(xié)議壽命24 000 h，該型號(hào)軸承用于其他同類型機(jī)組，未出現(xiàn)短期損壞現(xiàn)象，可排除軸承質(zhì)量問題。機(jī)泵運(yùn)行期間設(shè)備潤(rùn)滑良好，油質(zhì)合格。機(jī)泵高振動(dòng)前一段時(shí)期內(nèi)工藝參數(shù)未做調(diào)整，排除油品質(zhì)量及工藝操作波動(dòng)影響。值得關(guān)注的是，該泵非驅(qū)動(dòng)端軸承箱自投運(yùn)以來溫度始終偏高，約為68 ℃。分析引起軸承損壞的主要原因如下。

（1）安裝問題造成的對(duì)中不良，軸承座定位有偏差，兩軸承座中心不在一條線上。

（2）原始制造問題，平衡鼓盤尺寸核算偏差，機(jī)泵軸向力無法良好平衡，非驅(qū)動(dòng)端軸承始終承受較大的軸向力。

機(jī)泵返制造廠檢修，重新核算軸向力，調(diào)整平衡鼓盤間隙。更換新軸承后，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)近2年校核運(yùn)行，機(jī)泵振動(dòng)烈度1.8 mm/s，軸承加速度10～20 m/s2，非驅(qū)動(dòng)端軸承箱溫度穩(wěn)定在50 ℃左右。

4 結(jié)語

軸承優(yōu)劣是制約機(jī)泵設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。采用合適的監(jiān)測(cè)診斷方式可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行和維護(hù)起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析，全面、系統(tǒng)、及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，定性甄別故障類型，可以直達(dá)病灶，明確檢修目標(biāo)，從根本上保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。