懸臂式離心泵滾動軸承振動故障診斷

王 迪王 濤程劍鋒徐向民

（1.克拉瑪依職業技術學院 新疆獨山子 2.獨山子石化公司煉油廠 新疆獨山子）

1.概述

某化工廠氣分裝置中1臺沈陽天達廠生產的2級懸臂式離心泵，型號TDL3334.235*2，驅動端軸承型號7311，非驅動端軸承型號N311。在2012年12月26日正常巡檢中，振動監測數據采集發現該泵振動嚴重超標，而上一次12月13日采集的數據正常，兩次采集數據見表1。

根據ISO2372標準并結合工廠的實際情況，各項參數設置的報警區間為：該泵振動烈度（速度有效值）0～4.5 mm/s為運行良好，4.5～7 mm/s為運行一般，7～11 mm/s為黃色警告，＞11 mm/s為紅色警告；該泵加速度有效峰值在0～30 m/s2為運行良好，30～40 m/s2為黃色警告，＞40 m/s2為紅色警告；該泵加速度沖擊尖峰能量＞0.5 gIE，有較大沖擊振動即報警。

從表1報警區間可以看出，12月13日機泵振動幅值正常；12月26日振動加速度有效峰值和加速度沖擊gIE值均超過了紅色報警值，可以判斷故障發展很快；數據顯示速度有效值有所上升，但沒有超過黃色報警值，在正常范圍。由此推斷泵體振動不是由漸進不平衡如流道結垢、局部腐蝕等引起的，而是由突發性高頻沖擊振動引起。

2.診斷分析

（1）速度分析。觀察12月26日測點3H的速度波形圖及頻譜（圖1），可以發現時域波形存在一個周期性重復的沖擊能量即沖擊振動，呈現非對稱形態；頻譜圖中幅值沒有超標，主要以基頻及其諧波為主，且1倍頻占主要。

從測點3V的速度波形圖及頻譜（圖2）可以發現，時域波形明顯存在一個周期性重復的沖擊能量，呈現很強的非對稱形態。觀察其頻譜發現振動幅值比水平方向較高但并沒有超標，頻譜幅值也主要以基頻為主。通過測點3H和3V的頻譜分析,基本可排除不平衡、不對中、彎曲等轉子故障，從時域波形圖上看，可能存在一個周期性的沖擊振動。

表1 2012年12月13日和26日振動數據

圖1 測點3H速度波形圖及頻譜圖

圖2 3V速度波形圖及頻譜圖

（2）加速度分析。從測點3V的加速度波形及頻譜（圖3）可以發現，加速度波形圖存在沖擊能量高點，在高頻振動區域（2～4.5 kHz）有大量幅值譜存在，且振動值都比較大。

從測點4V的加速度波形及頻譜（圖4）可以發現，加速度波形同樣存在沖擊能量高點幅值低于測點3，同樣在高頻振動區域（2～4.5 kHz）有大量幅值譜存在。通過測點3V和測點4V加速度頻譜圖,可以看出，其振動主要來自高頻振動。根據經驗所知，此區域的振動主要是由軸承或齒輪高頻振動引起，因此可判斷該泵的振動可能是軸承故障引起，并且驅動端軸承故障較非驅動端可能更嚴重，詳細故障原因還要進行包絡頻譜分析。

圖3 3V加速度波形圖及頻譜圖

圖4 4V加速度波形圖及頻譜圖

在包絡頻譜圖中標記出內圈、外圈、保持架、滾動體的故障特征頻率（圖5）。可以看出保持架故障特征頻率（20.4 Hz）的10倍頻（204 Hz）剛好處在最高的譜峰處。軸承其他零部件內圈、外圈及滾動體的故障特征頻率及其諧波沒有明顯的峰值。

3.檢修處理

由上分析可以判斷該懸臂式離心泵振動較大的原因是軸承發生了故障，而且可能是保持架發生斷裂，建議立即停機檢修。

圖5 3V包絡頻譜圖

2012年12月27日對離心泵進行解體檢修，拆卸驅動端軸承壓蓋，發現潤滑油已經發黑變質且有一些黑色沉淀物在軸承箱中，7311軸承已經損壞，黃銅保持架已經斷裂成三瓣。究其原因可能是由于潤滑變質，導致軸承潤滑及冷卻不良，最后引起保持架斷裂。更換軸承，清洗軸承箱，倒入新潤滑油，該泵運轉狀況良好，故障解除，此次預知性維修有效。

4.結語

此次維修說明，雖然泵的振動烈度沒有超標，但是軸承已經發生了嚴重損壞，如果發現不及時可能會造成泵體更大的傷害。對設備振動故障進行判斷時，應結合振動烈度，加速度有效峰值和加速度沖擊gIE值來看，而不能單純的通過一個幅值大小來判斷設備的運行好壞。通過分析速度和加速度波形圖、頻譜圖及包絡頻譜圖，可以對離心泵軸承故障進行原因和部位的預知性判斷。

1 張梅軍.機械狀態檢測與故障分析[M].北京:國防工業出版社,2008

2 張健.機械故障診斷技術[M].北京:機械工業出版社.2011

3 王江峰.卸船機臺車車輪軸承故障檢測與診斷系統的研制[D].浙江大學,2006

4 張豐.高頻包絡譜分析技術在滾動軸承故障診斷中的應用[J].中國設備工程,2012,(11):53-55