頻譜分析在螺旋提升機故障的應用

馬風龍，馬進，呂志堅，蘇家軍，擺文龍

（中石油獨山子石化公司設備檢修公司，新疆 獨山子 833699）

狀態監測與故障診斷技術目前廣泛應用于航天航空、能源電力、石油化工、交通運輸、機械加工等行業；狀態監測與故障診斷包括狀態監測、分析診斷和治理預防3個環節。有資料顯示，企業采用狀態監測與故障診斷技術后，75%的設備故障可提前發現，可降低1/4～1/2的故障維護費用。近年來，某公司以設備狀態監測和故障診斷為基礎，基于可靠性的維護，實現了預知檢修和主動檢修，提高了設備管理水平，保障生產平穩運行。

某裝置后處理螺旋提升機為振動提升類設備，主要作用是將干燥機出來的物料通過振動螺旋提升至固定樓層的輸送帶，該提升機自4月以來聲音逐漸增大，因螺旋提升機為振動提升類設備，本身就有很大幅度的振動和聲音，要準確判斷聲音增大原因及其故障比較困難，本文將詳細介紹本次故障診斷情況。

1 設備簡介及故障分析

1.1 設備簡介

螺旋提升機由電動機、減速箱、聯軸器、底座、減震彈簧、螺旋刮板等組成，振動頻率：450轉/分鐘（輸出振動頻率），電機功率37kW。如圖螺旋提升機底座有兩根軸，軸兩端有旋轉偏心配重，每根軸由2個SKF22326CCJA/W33VA405軸承支撐。

該裝置螺旋提升機未安裝在線監測系統，發現聲音增大后使用綜合分析診斷儀采集四個軸承振動數據及圖譜，因空間有限未采集2號軸承，并采集其它相同機型軸承數據，通過數據對比發現該提升機比其它機組振動速度大，為進一步分析，查得軸承信息如下。

表1 提升機轉速450RPM下軸承各部件的特征頻率

1.2 圖譜分析

該裝置螺旋提升機為安裝在線監測系統，發現聲音增大后使用BH550綜合分析診斷儀采集四個軸承振動數據及圖譜，對各軸承圖譜進行深入分析，發現4#軸承波形頻譜圖（圖1）振動值比其他三個軸承大，進一步局部放大觀察發現存在64.69Hz和194Hz頻率分量，同時在194Hz頻率兩側有轉頻（7.5Hz）的邊帶。對照表1（提升機轉速450RPM下軸承各部件的特征頻率）發現，64.69Hz與內圈特征頻率66.15Hz接近，同時194Hz為3倍64.69Hz。

圖1 提升機4#軸承波形頻譜圖

1.3 診斷結果

由頻譜分析可知，該提升機軸承(SKF22326CCJA/W33VA405)在450RPM轉速下，軸承內圈缺陷頻率接近64.69Hz，且在該頻率兩側有轉頻的邊帶，根據滾動軸承故障振動特征和表2可知，軸承內圈滾道有剝落、裂紋、點蝕等缺陷時，轉子每轉一周滾動體通過內環上的缺陷產生沖擊的次數乘以轉頻，大約是滾動體數乘以0.6倍轉頻，由于缺陷轉到不同角度和滾動體接觸時的受力不一樣，產生的沖擊幅值以轉頻為周期波動。同時，由于這種沖擊接觸位置不同產生沖擊幅值以轉頻波動，即被轉頻調制，所以頻譜中的內圈頻率及其諧波都會帶轉頻的邊帶。內圈頻率就是中心載波頻率。

表2 軸承部件損傷特征頻率表

通過以上分析對比1#、3#和4#軸承振動值及其頻譜圖，4#軸承頻譜圖存在較大內圈特征頻率及轉頻邊帶，與典型內圈損傷頻譜特征圖（圖2）對比，可判斷出4#軸承內圈存在損傷故障。

圖2 滾動軸承典型內圈損傷頻譜特征圖

2 故障處理及驗證

基于對該提升機軸承故障的判斷，5月30日對其進行檢修，拆解檢查各部位軸承，發現4#軸承潤滑脂發黑，且有金屬碎片，拆解發現軸承內圈剝落嚴重（圖3）。更換全部軸承并回裝，按標準加潤滑脂，機組開機運行無異響。

圖3 提升機4#軸承內圈損傷圖

螺旋提升機為振動提升類設備，靠自身振動將物料螺旋提升至輸送帶，因其本身具有很大幅度的振動和聲音，因此對故障的發現和診斷比較困難，本案例中使用頻譜分析手段準確判斷出軸承故障，實現了精準檢修。該案例提升機軸承故障準確診斷，對于此類設備的故障診斷提供了較好的借鑒依據。