滚动轴承故障诊断与分析

莫利辉 乔 鹏

〔亚东石化（上海）有限公司 上海〕

一、概述

滚动轴承是转动设备重要组成之一，它的运行状况往往关系到转动设备是否能稳定运行。因此，转动设备的日常维保项目中，确认轴承运行状况是必不可少的。通过状态监测及故障诊断技术可以有效监控滚动轴承运行状况，提高设备运行可靠性，确保装置稳定生产。

亚东石化（上海）有限公司从2006年开展状态监测工作，目前对装置内大部分转动设备都有定期监控，根据转动设备在装置中所处的重要性，制定监测计划，定期采集振动数据，并加以分析，确认转动设备运行状况，根据故障的发展趋势提前准备检修计划。

二、滚动轴承故障诊断分析

1.滚动轴承故障特征频率

滚动轴承由轴承外圈、轴承内圈、保持架和滚动体组成。当轴承有一个或几个部件出现故障时，频谱中会出现对应的特征频率，即轴承故障特征频率。这些频率通常不为转速频率的整数倍，往往是非同步频率。

一个滚动轴承有4个故障频率：外圈故障频率BPO、内圈故障频率BPI、滚动体故障频率BSF、保持架故障频率FTF。目前大部分的状态监测分析软件均有各大厂商常规型号轴承的故障频率数据库。

2.滚动轴承故障分析

图1 第一阶段（初期故障）

图2 第二阶段（中期故障）

图3 第三阶段（严重故障）

图4 第四阶段（轴承失效）

在滚动轴承出现早期故障时，仅从振动值无法提前做出判断，通常在加速度包络谱中更容易发现轴承的初期故障。滚动轴承的初期故障往往在高频区域会出现故障信号，而加速度包络谱通过使用高通滤波器过滤低频信号干扰，将高频信号放大，更容易发现滚动轴承的故障信号。理论上运用加速度包络谱判断轴承故障，共分四个阶段。

图5 加速度包络谱分析（10月12日）

（1）滚动轴承出现故障，谱中出现故障频率，此时幅值较小（图1）。

（2）故障开始发展，故障频率幅值上升，但现场振动值并未发生明显变化。若为滚动轴承内圈故障，则会在工作频率附近出现1倍转速频率的边带；若为滚动体故障，则会出现1/2谐频，并伴有保持架故障频率的边带（图2）。

（3）故障变得严重，故障频率幅值明显上升，边带或1/2谐频更为明显。此时现场振动值将会呈上升趋势，加速度包络谱中故障频率幅值将超过背景噪声20 dB，应该尽快准备轴承备件，制定维修计划更换轴承（图3）。

（4）噪声水平上升接近波峰，此时预示着轴承即将完全失效（图4）。

三、滚动轴承故障诊断实例

2013年10月12日监测发现G1-507B泵驱动端轴承出现故障频率，该泵相关参数见表1，测量的振动值见表2。

表1 G1-507B相关参数

9月12日例行检查加速度包络谱中无异常频率出现；10月12日发现轴承滚动体故障频率BSF和保持架故障频率FTF，幅值均比较低（图5）；10月14日滚动体故障频率BSF幅值有明显上升，且在滚动体故障频率附近出现频宽为1FTF的边带（图6），此时现场的振动值并未发生变化；11月7日现场振动呈上升趋势，加速度包络谱中各幅值上升，并出现滚珠故障频率及1/2谐频及内圈故障频率BPI（图7）；12月2日现场振动明显变大，加速度包络谱中各幅值明显上升，轴承内圈故障频率BPI幅值上升最为明显，且出现2倍BPI，判断轴承内圈出现明显故障，建议停泵维修（图 8）。

经解体检查，发现驱动端轴承7315BECBJ滚珠和内圈有磨损，且在内圈上发现一处明显缺陷，与分析结果一致。12月4日维修更换新轴承后上线测试，加速度包络谱恢复正常，泵运行正常。

表2 测量振动值 mm/s

图6 加速度包络谱分析（10月14日）

图7 加速度包络谱分析（11月7日）

图8 加速度包络谱分析（12月2日）

四、总结

通过状态监测技术，对转动设备轴承出现的早期故障进行跟踪、分析，并判断其发展趋势，根据故障的趋势及时安排有针对性的检修计划，可大幅降低装置的检修成本。