精密點檢在機泵振動檢測中的應(yīng)用探析

蔡清龍，王舟軍，虞佳棟

（中化興中石油轉(zhuǎn)運（舟山）有限公司，浙江 舟山 316000）

1 前言

石油化工企業(yè)主設(shè)備基本通過計劃性定期維護(hù)、事后維護(hù)等模式進(jìn)行設(shè)備管理。定期計劃維修，即三年一大修，兩年一中修，一年一小修，這種模式是典型的以犧牲成本換取設(shè)備穩(wěn)定，維護(hù)缺乏科學(xué)性和針對性。隨著企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，設(shè)備同時存在使用頻率、服役年限和規(guī)格型號等差異化現(xiàn)狀，如繼續(xù)沿用計劃性維護(hù)管理，往往會造成許多無效維護(hù)，造成浪費。

設(shè)備維護(hù)目的是使設(shè)備長期處于穩(wěn)定、高效、安全的運行狀態(tài)，而如何盡可能降低維修費用是又一個問題。但是，設(shè)備無論怎么維護(hù)，總有損壞停運的可能，如果停運即要事后維修來保證設(shè)備再次運行，即預(yù)防維護(hù)和事后維修總存在著最優(yōu)的選擇。據(jù)估計，企業(yè)設(shè)備維修方式最合理比例是預(yù)防性維修占80%，突發(fā)性維修占20%。

預(yù)防維修就是在設(shè)備穩(wěn)定運行期間，按照預(yù)訂設(shè)備維護(hù)計劃對設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，設(shè)備點檢是設(shè)備預(yù)防性維修的一種方式，根據(jù)過程檢測數(shù)據(jù)積累，進(jìn)行設(shè)備預(yù)防性維修。對于油庫主設(shè)備高使用率和零部件復(fù)雜性，故障風(fēng)險大于維修風(fēng)險，應(yīng)采用預(yù)防維修為主，以防止設(shè)備故障造成停機，減少油庫運行風(fēng)險，降低維修費用。

2 精密點檢概述

區(qū)別于設(shè)備檢查，設(shè)備點檢是一種設(shè)備管理方法，點檢的“點”是指設(shè)備的關(guān)鍵部位，所謂點檢，指為了維持生產(chǎn)設(shè)備原來的性能、確保生產(chǎn)和設(shè)備的穩(wěn)定運行，對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性檢查，點檢可分為日常點檢、定期點檢、精密點檢。它是利用人的五感（看、聽、摸、聞、嘗）和工具儀器，按照預(yù)先設(shè)定的方法標(biāo)準(zhǔn)定點、定周期、定部位對設(shè)備進(jìn)行檢查，找出設(shè)備的隱患和潛在缺陷，掌握故障的初期信息并及時采取對策將故障消滅于萌芽狀態(tài)的一種設(shè)備檢查方法。點檢的目的在于防事故于未然，保持設(shè)備性能的高度穩(wěn)定，延長設(shè)備使用壽命提高設(shè)備效率。點檢周期一般可由經(jīng)驗法或數(shù)學(xué)模型法確定，如一般設(shè)備為半年至一年，起重設(shè)備一般為1～3個月等。

精密點檢利用精密儀器開展設(shè)備狀態(tài)檢測，即故障診斷和劣化分析，利用監(jiān)測診斷儀器進(jìn)行過程監(jiān)測，從而預(yù)測設(shè)備未來狀態(tài)及變化趨勢。機泵振動檢測，即利用測振儀檢測高壓機泵，記錄每臺機泵作業(yè)運行時各類相關(guān)數(shù)據(jù)，分析并建立檢測臺賬，跟蹤數(shù)據(jù)變化規(guī)律。

對設(shè)備實行常態(tài)化的數(shù)據(jù)監(jiān)測然后整合數(shù)據(jù)、綜合分析，最后，對故障點采取集中根治的管理模式。整個維護(hù)過程具有較強科學(xué)性與針對性，對避免設(shè)備無效維修，降低維護(hù)成本具備明顯優(yōu)勢。

異常、不規(guī)律振動是機泵最大的潛在故障，因此，軸承故障是造成機泵停運最主要的原因，如圖1所示。造成機泵振動增大的主要原因包括轉(zhuǎn)子的不平衡、同軸度偏差大、軸承磨損嚴(yán)重、汽蝕、共振等原因，過大的振動會造成軸承的損壞。振動檢測作為機泵故障診斷重要方式，規(guī)定振動速度的均方根（有效值）為表征振動烈度的參數(shù)。

圖1 離心泵故障形式分布圖

3 機泵振動檢測基本原理

其基本原理為通過希爾伯特變換將原信號變換為解析信號，此解析信號即構(gòu)成包絡(luò)信號。設(shè)內(nèi)圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為fi（即軸的頻率），滾動體在外圈滾道上的通過頻率為foc，滾動體在內(nèi)圈滾道上的通過頻率為fic，滾動體公轉(zhuǎn)頻率為fcase，滾動體自傳頻率為froller。假設(shè)滾動軸承的外環(huán)固定在軸承座上，只有內(nèi)環(huán)隨軸一起以頻率fi旋轉(zhuǎn)，并做以下假設(shè)：滾道與滾動體之間無滑動；徑向軸向受載荷是平衡的；軸承各部分元件無變形。

根據(jù)幾何學(xué)條件，可得軸承的各故障特征頻率如下，其中D為軸承節(jié)徑，d為滾動體直徑，α為滾動軸承接觸角，取0，z為滾動體數(shù)。

滾動體公轉(zhuǎn)頻率：

滾動體在內(nèi)圈滾道上的通過頻率:

滾動體在外圈滾道上的通過頻率：

滾動體自傳率：

由參考文獻(xiàn)[5]可知，將故障軸承振動信號x(t)經(jīng)過以ω為中心頻率的帶通濾波器濾波時，再利用包絡(luò)檢波器對濾波后的信號進(jìn)行檢波，得到振動信號的包絡(luò)信號譜圖。通過分析包絡(luò)譜圖的譜線分布可以診斷軸承的故障位置：當(dāng)外環(huán)存在故障時，包絡(luò)譜圖在頻率為foc及其高倍頻處產(chǎn)生明顯的譜線；當(dāng)內(nèi)環(huán)存在故障時，包絡(luò)譜圖會在fic、fi以及他們的高頻處產(chǎn)生譜線，一般的，fi＜＜fic，因此在fic及其高倍頻處會產(chǎn)生以fi為間隔的邊帶族；當(dāng)滾動體存在故障時，包絡(luò)譜圖在頻率為froller、fcase及它們的高倍頻處產(chǎn)生明顯的譜線，一般的，fcase＜＜froller，因此，在froller及其高倍頻處會產(chǎn)生以fcase為間隔的邊帶族。

4 機泵振動檢測實例分析

按照美國齒輪制造協(xié)會提出的振動破壞形式和振動標(biāo)準(zhǔn)，基本劃分為：

（1）低頻域（10Hz以下）為位移破壞，振動標(biāo)準(zhǔn)為位移。

（2）中頻域（10～1000Hz）為疲勞破壞，振動標(biāo)準(zhǔn)為速度。

（3）高頻域（1000Hz以上）為作用力破壞，振動標(biāo)準(zhǔn)為加速度。

以XX公司原油泵房P-2泵為例，其電機的頻率為f=1480/60=25s-1，在中頻區(qū)域，為疲勞破壞形式，振動標(biāo)準(zhǔn)為速度。測振儀共測電機前軸、后軸、泵前軸、后軸4大處，共12處，每一處在軸向A、垂直方向V、水平方向H分別測三個小點，分別為1A、1H、1V、2A、2H、2V、3A、3H、3V、4A、4H、4V。2處為關(guān)鍵部位，若此處振動速度過大，關(guān)系到電機的輸出功率和效率。

P-2泵中心高為900mm，轉(zhuǎn)速為1480r/min，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可確定振動烈度等級：二級，合格的最大振動速度為7.1mm/s。對P-2高壓機泵進(jìn)行預(yù)防性振動檢測發(fā)現(xiàn)，泵前軸振動值達(dá)到了6.04mm/s(已經(jīng)接近合格極限值7.1mm/s)，如圖2所示?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)：運行轉(zhuǎn)速：1480Rpm；測量值：4.7018mm/s；數(shù)據(jù)類型：時間波形；數(shù)據(jù)點數(shù)：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖2 頻譜圖

分析頻譜圖可以得到，在f =100.00Hz時振動速度達(dá)到最大峰值6.04mm/s，如表1所示，泵的轉(zhuǎn)速為1480r/min，頻率為fi=1480/60=24.6Hz，約等于25Hz，即在fi的4倍處產(chǎn)生峰值，初步判定是軸對中不良造成軸承振動值超出正常允許值。為確定引起對中不良的原因，對機泵聯(lián)軸器進(jìn)行精密測量，調(diào)整對中后，如圖3所示，最大值為0.45mm/s,說明已達(dá)到良好狀態(tài)。

表1 主要峰值

圖3 修復(fù)后的頻譜圖

此外，通過長期的振動速度記錄，通過趨勢圖來預(yù)測趨勢，來達(dá)到預(yù)防維修的目的，如圖4所示，對原油泵房P-3泵4A點半年的記錄，可以看出在4月19號振動速度已達(dá)到3mm/s，并且最近三次檢測已是上升的趨勢，由此可粗略可得未來一段時間內(nèi)，振動速度還將增大，應(yīng)加大監(jiān)控力度，如過檢測數(shù)據(jù)接近7.1mm/s，應(yīng)立即停泵調(diào)整，以防事故的發(fā)生，來達(dá)到預(yù)防性維護(hù)目的。

圖4 P-3泵振動速度趨勢圖

5 結(jié)語

近年來，TnPM在石油化工行業(yè)的推廣，對點檢制的規(guī)范建立起到了重大的推動作用，通過點檢并對這些故障和隱患及時的修復(fù)和排除，并對設(shè)備進(jìn)行有針對性、有計劃性、有目標(biāo)性的預(yù)防維護(hù)措施。點檢首先在于確定點檢周期，以免產(chǎn)生過維修而造成的物料浪費。精密點檢使設(shè)備預(yù)防維護(hù)有了一個可靠的數(shù)據(jù)支撐，通過數(shù)據(jù)的不斷對比、統(tǒng)計、分析才能真正判斷設(shè)備的狀態(tài)。

隨著數(shù)據(jù)的積累、趨勢的分析，形成設(shè)備的基準(zhǔn)值，為以后的設(shè)備檢測提供參考。一切讓數(shù)據(jù)說話的思想，將在設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理起到一個先導(dǎo)性的作用。XX公司高壓機泵振動檢測預(yù)防維護(hù)管理經(jīng)驗，將對儲罐等其他主設(shè)備精密檢測起到指導(dǎo)作用。