悬臂式离心泵滚动轴承振动故障诊断

王 迪王 涛程剑锋徐向民

（1.克拉玛依职业技术学院 新疆独山子 2.独山子石化公司炼油厂 新疆独山子）

1.概述

某化工厂气分装置中1台沈阳天达厂生产的2级悬臂式离心泵，型号TDL3334.235*2，驱动端轴承型号7311，非驱动端轴承型号N311。在2012年12月26日正常巡检中，振动监测数据采集发现该泵振动严重超标，而上一次12月13日采集的数据正常，两次采集数据见表1。

根据ISO2372标准并结合工厂的实际情况，各项参数设置的报警区间为：该泵振动烈度（速度有效值）0～4.5 mm/s为运行良好，4.5～7 mm/s为运行一般，7～11 mm/s为黄色警告，＞11 mm/s为红色警告；该泵加速度有效峰值在0～30 m/s2为运行良好，30～40 m/s2为黄色警告，＞40 m/s2为红色警告；该泵加速度冲击尖峰能量＞0.5 gIE，有较大冲击振动即报警。

从表1报警区间可以看出，12月13日机泵振动幅值正常；12月26日振动加速度有效峰值和加速度冲击gIE值均超过了红色报警值，可以判断故障发展很快；数据显示速度有效值有所上升，但没有超过黄色报警值，在正常范围。由此推断泵体振动不是由渐进不平衡如流道结垢、局部腐蚀等引起的，而是由突发性高频冲击振动引起。

2.诊断分析

（1）速度分析。观察12月26日测点3H的速度波形图及频谱（图1），可以发现时域波形存在一个周期性重复的冲击能量即冲击振动，呈现非对称形态；频谱图中幅值没有超标，主要以基频及其谐波为主，且1倍频占主要。

从测点3V的速度波形图及频谱（图2）可以发现，时域波形明显存在一个周期性重复的冲击能量，呈现很强的非对称形态。观察其频谱发现振动幅值比水平方向较高但并没有超标，频谱幅值也主要以基频为主。通过测点3H和3V的频谱分析,基本可排除不平衡、不对中、弯曲等转子故障，从时域波形图上看，可能存在一个周期性的冲击振动。

表1 2012年12月13日和26日振动数据

图1 测点3H速度波形图及频谱图

图2 3V速度波形图及频谱图

（2）加速度分析。从测点3V的加速度波形及频谱（图3）可以发现，加速度波形图存在冲击能量高点，在高频振动区域（2～4.5 kHz）有大量幅值谱存在，且振动值都比较大。

从测点4V的加速度波形及频谱（图4）可以发现，加速度波形同样存在冲击能量高点幅值低于测点3，同样在高频振动区域（2～4.5 kHz）有大量幅值谱存在。通过测点3V和测点4V加速度频谱图,可以看出，其振动主要来自高频振动。根据经验所知，此区域的振动主要是由轴承或齿轮高频振动引起，因此可判断该泵的振动可能是轴承故障引起，并且驱动端轴承故障较非驱动端可能更严重，详细故障原因还要进行包络频谱分析。

图3 3V加速度波形图及频谱图

图4 4V加速度波形图及频谱图

在包络频谱图中标记出内圈、外圈、保持架、滚动体的故障特征频率（图5）。可以看出保持架故障特征频率（20.4 Hz）的10倍频（204 Hz）刚好处在最高的谱峰处。轴承其他零部件内圈、外圈及滚动体的故障特征频率及其谐波没有明显的峰值。

3.检修处理

由上分析可以判断该悬臂式离心泵振动较大的原因是轴承发生了故障，而且可能是保持架发生断裂，建议立即停机检修。

图5 3V包络频谱图

2012年12月27日对离心泵进行解体检修，拆卸驱动端轴承压盖，发现润滑油已经发黑变质且有一些黑色沉淀物在轴承箱中，7311轴承已经损坏，黄铜保持架已经断裂成三瓣。究其原因可能是由于润滑变质，导致轴承润滑及冷却不良，最后引起保持架断裂。更换轴承，清洗轴承箱，倒入新润滑油，该泵运转状况良好，故障解除，此次预知性维修有效。

4.结语

此次维修说明，虽然泵的振动烈度没有超标，但是轴承已经发生了严重损坏，如果发现不及时可能会造成泵体更大的伤害。对设备振动故障进行判断时，应结合振动烈度，加速度有效峰值和加速度冲击gIE值来看，而不能单纯的通过一个幅值大小来判断设备的运行好坏。通过分析速度和加速度波形图、频谱图及包络频谱图，可以对离心泵轴承故障进行原因和部位的预知性判断。

1 张梅军.机械状态检测与故障分析[M].北京:国防工业出版社,2008

2 张健.机械故障诊断技术[M].北京:机械工业出版社.2011

3 王江峰.卸船机台车车轮轴承故障检测与诊断系统的研制[D].浙江大学,2006

4 张丰.高频包络谱分析技术在滚动轴承故障诊断中的应用[J].中国设备工程,2012,(11):53-55