擠壓機主減速箱軸承故障分析及對策

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

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擠壓機主減速箱軸承故障分析及對策

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

摘 要：通過振動、磨損與潤滑狀態監測，分析機組的異常工作狀態，確定了擠壓機主減速箱內滾動軸承的故障，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行了驗證，說明了狀態監測工作對設備的必要性。

關鍵詞：擠壓機；狀態監測；軸承；故障分析；驗證

某石化公司乙烯廠聚烯烴一聯合車間成立于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聚丙烯裝置聯合組成。

擠壓機是聚丙烯產品后處理單元中最重要的設備，其能否正常、平穩的工作關系到整個裝置的正常生產情況，因此，保證擠壓機安全、穩定、長周期的運行是十分必要的，不僅要靠裝置技術人員精心操作和維護，還需要狀態監測人員對其進行精確的日常振動監測。擠壓機主要技術參數如表1所示。

擠壓機機組結構圖如圖1所示。

圖1　擠壓機機組結構圖

表1　擠壓機主要技術參數

一、監測與診斷

1.設備狀態監測情況

2014年12月，聚烯烴一聯合車間聚丙烯裝置操作人員發現該擠壓機主減速箱振動狀態異常。2014年12月至2015年3月，對該機組進行振動狀態監測，監測人員使用SKFAX便攜式數采儀對擠壓機主減速箱進行現場振動數據采集。主減速箱監測1#軸測點分布圖如圖2所示。監測數據如表2所示（備注：H—水平、V—垂直、A—軸向）。監測依據標準：SHS01003-2004《石油化工旋轉機械振動標準》和SKF沖擊標準。

2.設備磨損監測情況

同時，對該擠壓機主減速箱進行了磨損與潤滑監測與診斷。通過紅外光譜、元素光譜和鐵譜分析，具體監測結果如下。

（1）潤滑油紅外光譜監測分析

潤滑油紅外光譜監測數據如圖3所示。

監測結果表明，擠壓機主減速箱潤滑油油品品質未見劣化趨勢。

圖2　減速箱測點分布圖

表2　主減速箱振動狀態監測數據表

圖3　潤滑油紅外光譜分析圖

（2）潤滑油磨損元素監測分析

潤滑油元素光譜監測數據如圖4所示。

圖4　擠壓機主減速箱潤滑油液中各元素含量趨勢圖

監測結果表明，在本次監測周期內，擠壓機主減速箱潤滑油液中，鉻元素和硅元素增大，后逐漸降低。

（3）潤滑油中磨粒監測分析

如圖5、6，監測結果表明，在本次監測周期內，該機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：200光源：白、綠

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

3.設備故障的診斷

（1）振動監測診斷分析

由于1#、2#測點處均有軸承，兩處軸承的相關信息如表3所示。

表3　1#、2#測點處軸承相關信息表

對擠壓機主減速箱1軸進行振動頻譜分析，2015 年1月15日，齒輪箱1軸1#、2#測點水平方向沖擊頻譜圖如圖7、8所示，齒輪箱1軸1#、2#測點水平方向沖擊頻譜如圖9、10所示。由圖7分析可知，1#測點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#測點水平方向沖擊頻譜圖

圖8　齒輪箱1軸2#測點水平方向沖擊頻譜圖

圖9　齒輪箱1軸1#測點水平方向沖擊頻譜圖

圖10　齒輪箱1軸2#測點水平方向沖擊頻譜圖

通過對擠壓機主減速箱振動頻譜分析，齒輪箱1軸1#、2#測點的沖擊較大，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為軸承外圈故障。

（2）磨損及潤滑監測診斷分析

潤滑油紅外光譜監測分析結果表明，擠壓機主減速箱潤滑油油品品質未見劣化趨勢。潤滑油品質非造成機組運行異常的原因。

潤滑油磨損元素監測分析結果表明，在本次監測周期內，擠壓機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，位于潤滑油液取樣口下游位置，作用是對潤滑油進行過濾，保證潤滑質量。所以在產生磨損初期，磨損元素含量增大，隨著潤滑油經過過濾系統重新注入機組，在后續取得的樣品中的磨損元素會有一定的下降。而磨損元素中，硅元素含量增加現象表明，機組主減速箱油品可能曾受到外界雜質污染，極有可能造成機組軸承和齒輪部件產生三體摩擦磨損損傷。而鉻含量增大，分析認為是由于軸承滾子磨損引起鉻元素含量增大，造成機組軸承和齒輪部件產生二體摩擦磨損損傷。

潤滑油中磨粒監測分析結果表明，在本次監測周期內，該機組主減速箱磨損嚴重程度在2014年11月前增加趨勢明顯，在11月達到最大值，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月磨損監測情況最為嚴重，磨粒形貌如圖5、圖6所示。此現象表明，該機組主減速器部分摩擦副可能發生較為嚴重的滑動、切削磨損損傷。

二、故障驗證與討論

1.故障的驗證

為了驗證前期監測與診斷分析的準確性，在2015 年4月35線擠壓機停工檢修期間，詳細調查了機組的檢修全過程。在檢修過程中過程中發現，在主減速箱1軸的某個軸承外圈內側發現一道明顯劃痕，現場驗證的故障情況基本符合前期狀態監測的診斷意見。

2.故障原因分析與討論

通過采集振動數據進行分析，發現減速箱1軸的1#和2#測點在gE沖擊值方面有明顯的增大趨勢，其中1#測點gE沖擊值由3.1增大到5.3，而2#測點gE沖擊值由4.8增大到6.3。而振動烈度并無明顯變化。磨損監測情況基本與此一致。

由頻譜數據監測結果來看，2014年12月28日至2015年3月3日期間，齒輪箱1軸1#、2#測點水平方向沖擊頻率為其軸承外圈故障頻率及其倍頻，導致該頻率出現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，需要對其進行進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果也驗證和確定上述缺陷的客觀存在。

根據現場調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、異物進入、軸承內外圈傾斜、軸上產生撓度、運輸過程中受到沖擊導致精度不良等幾個因素有關。

過大載荷和潤滑不良會引起軸承面積較大且無規律的磨損，但現場調研并未發現此現象；軸承內外圈傾斜和軸上產生撓度雖然會導致卡傷，但同時由于受力不均，會磨損軸承內最脆弱的保持架，但從現場調研結果來看，該軸承保持架并未出現相應磨損；而在加工和運輸過程中，由于軸承必須平放，會導致軸承外圈內側產生一道軸向劃痕，在現場調研時未發現有軸向劃痕，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側，所以分析認為導致劃痕產生的主要原因是堅硬異物的進入，使異物與滾子一起在軸承外圈內側做圓周運動，將其劃傷導致軸承損壞、振動和沖擊值的增大。磨損監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

本次機組檢修，根據設備故障檢查及評估，對該擠壓機主減速箱軸承故障，采取更換損壞的23060CC/ C3W33軸承的措施。

對后續擠壓機的日常操作與維護，首先要對擠壓機主減速箱1軸進行徹底清理，查找并整改其余可能導致振動、沖擊增大的因素，例如磨損、腐蝕、載荷過大等。其次，進一步加強擠壓機組振動與磨損的狀態監測，實現機組狀態維護與狀態維修，確保機組安穩長周期運行。

四、結語

滾動軸承作為石化設備關鍵部件，也是其重要故障源之一。本文通過對CMP308型擠壓機機組振動、磨損聯合監測與診斷分析，及早發現了機組運行的異常現象，并在接下來的時間里對該機組進行持續的跟蹤監測與診斷，確認了機組的故障類型與程度，為機組檢修前的安全運行提供了及時準確的技術支持。

通過本案例可以看出，振動、磨損與潤滑狀態監測診斷技術在準確了解軸承的性能狀態變化和及時發現潛在故障等方面起著非常重要的作用，可有效提高機械設備的運行管理水平及維修效能，從而顯著提高經濟效益。

參考文獻：

［1］楊國安.滾動軸承故障診斷實用技術［M］.北京：中國石化出版社，2012.

［2］李祉川、程以德等.化工廠機械手冊［M］.北京：化工工業出版社，1989.

［3］盛兆順、尹琦嶺等.設備狀態監測與故障診斷技術及應用［M］.北京：化工工業出版社，2003.

中圖分類號：TH133.3

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）03-0068-04

收稿日期：（2016-01-04）