多級高壓離心泵軸承故障診斷與分析

丁 旭

（中國石油烏魯木齊石化公司檢維修中心，新疆烏魯木齊 830019）

0 引言

烏石化公司煉油廠焦瀝車間120萬噸/年焦化裝置加熱爐進料泵P-107/A為嘉利特荏原泵業有限公司的雙殼多級高壓離心泵，該裝置為一開一備的核心設備。2019年12月10日該泵非驅動端突發振值升高，隨后通過狀態監測系統對該泵故障展開頻譜分析，診斷結論在后續檢修過程中得到驗證，避免了一起重大事故的發生。

1 設備簡介

120萬噸/年焦化P-107/A按照現行標準GB/T 29531—2013測算設備類別屬Ⅲ類機泵，振值超過4.5 mm/s將進入C區運行。該泵介質為榨油，設備型號TDF280-110×4，功率450 kW，轉速2980 r/min，流量336 m3/h，揚程361 m。

2 診斷過程及分析

2.1 速度分析

4H測點頻譜圖中1×頻處的幅值較高，并出現1×頻的諧波一直延伸至550 Hz，如圖1所示。這可能是由于部件磨損引起間隙增大的結果。同時發現了1×基頻倍數不完全相同的振動分量，且690～1400 Hz之間出現了3個異常頻率分別為692.5 Hz、1037.75 Hz、1382 Hz，極有可能是軸承出現故障的征兆。

圖1 4H測點速度頻譜

從4H測點速度時域波形中可以看出波形毛糙、波峰雜亂無規律，存在一個周期性重復的沖擊能量，呈現出非對稱形態，如圖2所示。但觀察其頻譜振動幅值并沒有超標，且主要以基頻為主，基本可以排除不平衡、不對中、軸彎曲等故障。

圖2 4H測點速度波形

2.2 加速度分析

4H測點水平加速度值由12 m/s2上升到34 m/s2，軸向加速度值由12 m/s2上升到39 m/s2，加速度波形存在沖擊高點，（圖3）。加速度頻譜圖中分別存在3109.37 Hz和4146.87 Hz兩個最高峰的尖峰能量。從4H測點加速度波形及頻譜中可以發現，此區域的振動主要是由軸承高頻振動引起（圖4），故判斷該泵的振動可能是由軸承故障引起，詳細原因還要進行包絡頻譜分析。

圖3 3Ha測點加速度波形

圖4 4Ha測點加速度頻譜

該泵非驅動端軸承是7216推力角接觸球軸承，滾動軸承得外圈固定，內圈隨工作軸轉動，轉速n=2980 r/min，內圈旋轉頻率即轉子基頻f1==49.666 Hz，軸承節徑D=112.325 mm，滾動體直徑d=19.526 mm，接觸角α=40°，滾動體個數Z=16。可計算出軸承保持架、滾動體及內外圈得故障特征頻率分別為：內圈故障特征頻450 Hz；外圈故障特征頻率344.7 Hz；滾動體故障特征頻率141.1 Hz；保持架故障特征頻率21.2 Hz。

在包絡頻譜圖中標記出軸承保持架、滾動體、外圈、內外圈故障特征頻率（圖5），可以看出外圈故障特征頻率為344.7 Hz，與速度頻譜中的346.25 Hz基本吻合。根據經驗判斷速度頻譜中高頻區的3個異常頻率主要為軸承外圈故障頻率的諧波分量，其中兩個諧波分量又正好與加速度頻譜中出現的最高尖峰能量相對應，釋放出了較大的沖擊脈沖信號。這主要是由于短瞬間內金屬碰撞和隨機振動所產生的振動脈沖能量，最強的脈沖表示滾動軸承元件損壞的最大程度。

圖5 4Va測點加速度包絡頻譜

3 診斷結論與結果驗證

2019年12月11日，根據狀態監測診斷結果，檢修人員對機泵進行解體檢修。拆卸非驅動端軸箱后發現7216軸承內外圈滾道與滾珠表面磨損嚴重，均有不同程度的剝落，且剝落后的溝槽較深，呈連續凹坑狀。

4 結語

對設備進行故障判斷時，應結合振動烈度、加速度有效峰值和加速度GIE值分析，不能只通過一個幅值來判斷設備的運行情況。通過分析速度加速度波形、頻譜圖和包絡頻譜圖，可以更準確、高效地判斷出設備的故障類型與故障原因，并根據分析結果制定合理的檢修周期，提高設備的可靠性，實現設備的預期狀態檢修。