多級(jí)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(jìn)料泵P-107/A為嘉利特荏原泵業(yè)有限公司的雙殼多級(jí)高壓離心泵，該裝置為一開一備的核心設(shè)備。2019年12月10日該泵非驅(qū)動(dòng)端突發(fā)振值升高，隨后通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)該泵故障展開頻譜分析，診斷結(jié)論在后續(xù)檢修過程中得到驗(yàn)證，避免了一起重大事故的發(fā)生。

1 設(shè)備簡介

120萬噸/年焦化P-107/A按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29531—2013測算設(shè)備類別屬Ⅲ類機(jī)泵，振值超過4.5 mm/s將進(jìn)入C區(qū)運(yùn)行。該泵介質(zhì)為榨油，設(shè)備型號(hào)TDF280-110×4，功率450 kW，轉(zhuǎn)速2980 r/min，流量336 m3/h，揚(yáng)程361 m。

2 診斷過程及分析

2.1 速度分析

4H測點(diǎn)頻譜圖中1×頻處的幅值較高，并出現(xiàn)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(jié)果。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了1×基頻倍數(shù)不完全相同的振動(dòng)分量，且690～1400 Hz之間出現(xiàn)了3個(gè)異常頻率分別為692.5 Hz、1037.75 Hz、1382 Hz，極有可能是軸承出現(xiàn)故障的征兆。

圖1 4H測點(diǎn)速度頻譜

從4H測點(diǎn)速度時(shí)域波形中可以看出波形毛糙、波峰雜亂無規(guī)律，存在一個(gè)周期性重復(fù)的沖擊能量，呈現(xiàn)出非對(duì)稱形態(tài)，如圖2所示。但觀察其頻譜振動(dòng)幅值并沒有超標(biāo)，且主要以基頻為主，基本可以排除不平衡、不對(duì)中、軸彎曲等故障。

圖2 4H測點(diǎn)速度波形

2.2 加速度分析

4H測點(diǎn)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(diǎn)，（圖3）。加速度頻譜圖中分別存在3109.37 Hz和4146.87 Hz兩個(gè)最高峰的尖峰能量。從4H測點(diǎn)加速度波形及頻譜中可以發(fā)現(xiàn)，此區(qū)域的振動(dòng)主要是由軸承高頻振動(dòng)引起（圖4），故判斷該泵的振動(dòng)可能是由軸承故障引起，詳細(xì)原因還要進(jìn)行包絡(luò)頻譜分析。

圖3 3Ha測點(diǎn)加速度波形

圖4 4Ha測點(diǎn)加速度頻譜

該泵非驅(qū)動(dòng)端軸承是7216推力角接觸球軸承，滾動(dòng)軸承得外圈固定，內(nèi)圈隨工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速n=2980 r/min，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率即轉(zhuǎn)子基頻f1==49.666 Hz，軸承節(jié)徑D=112.325 mm，滾動(dòng)體直徑d=19.526 mm，接觸角α=40°，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=16?？捎?jì)算出軸承保持架、滾動(dòng)體及內(nèi)外圈得故障特征頻率分別為：內(nèi)圈故障特征頻450 Hz；外圈故障特征頻率344.7 Hz；滾動(dòng)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(luò)頻譜圖中標(biāo)記出軸承保持架、滾動(dòng)體、外圈、內(nèi)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(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷速度頻譜中高頻區(qū)的3個(gè)異常頻率主要為軸承外圈故障頻率的諧波分量，其中兩個(gè)諧波分量又正好與加速度頻譜中出現(xiàn)的最高尖峰能量相對(duì)應(yīng)，釋放出了較大的沖擊脈沖信號(hào)。這主要是由于短瞬間內(nèi)金屬碰撞和隨機(jī)振動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)脈沖能量，最強(qiáng)的脈沖表示滾動(dòng)軸承元件損壞的最大程度。

圖5 4Va測點(diǎn)加速度包絡(luò)頻譜

3 診斷結(jié)論與結(jié)果驗(yàn)證

2019年12月11日，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測診斷結(jié)果，檢修人員對(duì)機(jī)泵進(jìn)行解體檢修。拆卸非驅(qū)動(dòng)端軸箱后發(fā)現(xiàn)7216軸承內(nèi)外圈滾道與滾珠表面磨損嚴(yán)重，均有不同程度的剝落，且剝落后的溝槽較深，呈連續(xù)凹坑狀。

4 結(jié)語

對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障判斷時(shí)，應(yīng)結(jié)合振動(dòng)烈度、加速度有效峰值和加速度GIE值分析，不能只通過一個(gè)幅值來判斷設(shè)備的運(yùn)行情況。通過分析速度加速度波形、頻譜圖和包絡(luò)頻譜圖，可以更準(zhǔn)確、高效地判斷出設(shè)備的故障類型與故障原因，并根據(jù)分析結(jié)果制定合理的檢修周期，提高設(shè)備的可靠性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)期狀態(tài)檢修。