基于频谱分析法的注水泵故障诊断

江涛，张莉

（新疆鄯善吐哈油田温米采油厂设备自动化室，新疆 鄯善 838202）

0 引言

注水泵是油田的主力设备，用于向地下注水以保持地层压力，从而提高油气采收率。该类泵的特点是：压力高，数量多，便于维护，但维护工作量大。目前吐哈油田温米采油厂有各类注水泵55 台，其中大多数注水泵都运行10a 以上，动力性能有所下降，正处于事故的高发期。保障注水泵的平稳运行，提前预知可能出现的故障是摆在我们设备管理人员面前一个亟待解决的问题。

1 注水泵性能参数

表1 注水泵参数表

注水泵性能参数如表1 所示。

2 测点的布置

根据五缸注水泵的结构特点，我们选定了5 个测点来评价泵体的振动速度和振动加速度指标。其中点1位于驱动电机皮带轮端，点2 位于电机风扇端，点3 位于泵大皮带轮端，点4 位于泵体中部，和中间轴承在一条水平线上，点5 位于泵体后端。这5 个测点都位于滚动轴承垂直或者水平直线上，离传感器位置最近，可以准确采集泵体的振动信号且信号损失最小；不仅能评价泵体振动指标，而且可以评价电机的振动指标。

图1 注水泵测点布置图

3 各点的故障频率计算

3.1 转频计算

电机n=990 r/min 时，电机转速频率f=990/60=16.5 Hz。泵的转速n=260 r/min 时，泵转速频率f=260/60=4.33 Hz，曲轴振动频率f=4.33×5=21.65 Hz。

3.2 曲轴箱轴承频率计算

电机前端盖轴承型号为N330E，后端盖轴承型号为6328E，泵体两端轴承型号为3210，中间轴承型号为7032172H。

内环有剥落时，轴承故障频率为

外环有剥落时，轴承故障频率为

滚动体剥落时，轴承故障频率为

保持架故障频率f=0.5f0D（D-dcosα）。

式中，f0为轴承转速频率，Z为滚珠个数，d为滚珠直径，D为轴承滚道节径，α为接触角。

计算结果见表2。

表2 曲轴箱轴承故障频率表 Hz

4 实例分析

2013 年7 月采用西马力1910 振动频谱分析仪对联合站8#注水泵进行了动态监测，测试数据见表3，谱图见图2 和图3。根据检测结果可知：泵体垂直方向振动速度值超标，达到9.07 mm/s；而泵体测点3、4、5 的振动加速度值均超过标准值（0.71 m/s2）；空载时泵体的各项振动指标都正常。加载后测点3、4、5 点的振动加速度值全部超标，而振动加速度值是高频信号是考核轴承是否完好的重要参数。初步判断可能是动力箱内一个轴承损坏。

表3 各测点数据表

图2 第4 测点加速度频谱

图3 第4 测点振动速度频谱

滚动轴承的振动一般分为：随机振动，受机器的各种振动激励而产生的谐振，滚动体具有缺陷后的故障振动。振动特征包括轴向振动和径向振动，为排除动平衡故障产生的径向振动干扰，可侧重分析其轴向振动值。

当振动频谱中出现某一故障频率时，即可判知故障原因。根据实测频谱可知，轴承的故障频率为57.5 Hz。

根据第4 测点的速度频谱和加速度频谱可知道轴承的故障频率为57.5Hz 和计算的中间轴承外圈故障频率57.59Hz 基本一致，所以可以判定是中间轴承故障。

检查结果，发现动力箱中间轴承外环有剥落现象，更换轴承后，振动值处于正常。

5 结语

应用频谱分析的方法对机泵实施状态监测和故障诊断，在设备维修中值得推广。此方法不仅做到诊断正确，并能准确地判断故障的类型、性质、部位和劣化程度，保障设备安全运行，并节省大量人力、物力。

［1］李葆文.机电设备诊断原理与技术［M］.广州：华南理工大学出版社，1996.

［2］祁扑生.设备诊断工程［M］.北京：中国农业科技出版社，1997.