滚动轴承故障诊断在设备管理上的应用边茜茜

滚动轴承故障诊断在设备管理上的应用边茜茜

边茜茜

（中国石油新疆乌鲁木齐石化公司检维修中心电气一车间830000）

摘要：本文主要介绍了在炼油厂设备上应用状态监测、故障诊断技术判断电动机滚动轴承故障，保证设备安全运行。通过具体实例分析结果表明，如何利用图谱来分析判断电动机早期故障趋势。

关键词：状态监测；滚动轴承；故障诊断；包络图谱

引言

滚动轴承是各种机械中应用最广泛的通用部件，其运行状态直接影响整台机器的性能、寿命、功能和效率，一旦出现故障，轻则会影响机器的正常运行，重则会导致抱轴机组停机。同时，滚动轴承又是机械设备中的易损件，约有三分之一的旋转机械故障是由滚动轴承引起的。因此，及时发现滚动轴承故障征兆，准确预测轴承寿命和故障发展情况，有利于提前做好生产维修安排和计划，维护机器设备的安全运行。通常，滚动轴承故障诊断是通过测取、分析与处理能够反映轴承工作状态的信号，从而识别滚动轴承的工作状态。为此加强设备状态监测，提高故障诊断技术，为消除振动故障提出合理的检修方案尤为重要。

一、机泵状态监测的主要环节

设备在运行时，由于各运动部件的相互作用，都会产生一定的振动。在正常情况下，这种振动较小，而且平稳。然而，在机械内部产生异常时，通常情况下都会出现振动增大，振动性质改变等现象。旋转机械损坏，其90%以上都是紧接着振动增大之后发生。当某个部件出现异常时，振动就带着这个异常部件的特征信息，而通常用来描述振动的三个参数是位移、速度、加速度。因此，通过检测这三个参数，就可以分析来自设备的振动情况，掌握设备的运行状态，再通过故障分析，进而判断出故障的部位和原因。由此可见，对设备实施状态监测和故障诊断，可有效掌握设备运行状态。而采用先进的测试仪器装备，为开展设备状态监测、故障诊断工作创造了良好的条件。

电动机的主要故障是轴承故障，因此，监测的重点就是电动机的轴承运行情况。轴承是监测振动最理想的部位，因为转子上的振动载荷直接作用在轴承上，并通过轴承把机器和基础连接成一个整体，因此轴承部位的振动信号还反映了基础的状况。所以，在无特殊要求的情况下，轴承是首选测点（BH550默认测点）。如果条件不允许，也应使测点尽量靠近轴承，以减小测点和轴承之间的机械阻抗。水平方向尽量接近水平轴线、垂直方向尽量接近垂直轴线、轴向与轴平行，每次在相同位置，如3：00，9：00，不要在基座或基础上测取轴承数据、不要将测量位置放在薄钢板上，如电机端罩

二、三个参数在监测中的实际作用

振动位移mm、振动速度mm/s、振动加速度m/s2。位移一般用于低转速机械的振动评定；速度一般用于中速转动机械的振动评定；加速度一般用于高速转动机械的振动评定。日常的设备管理中，对于低速设备（转速小于1000RPM）来说，位移是最好的测量方法。而那些加速度很小，其位移较大的设备，一般采用折衷的方法，即采用速度测量，我们日常电机巡检测量单位就使用的mm/s档位测量的电机振动速度。也可以认为，振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小

三、仪器的介绍

现使用的北京博华信智公司生产的BH550数据采集仪，在现场设备管理上得到了很好的应用。BH550数据采集仪由数据采集器和配套分析管理软件构成。该数据采集器具有多参数现场采集，即对加速度、速度、位移、温度、包络等设备状态数据采集；又具有波形数据采集的功能。配套软件提供了常用的时域、频域分析、包络分析、状态趋势分析等功能，帮助我们进行状态预测和故障诊断提供了完善的企业设备管理功能，能形成各种报表。我们应用BH550数据采集仪对在设备运行状态良好的情况下进行数据采集，从而对单台设备建立相对标准，并以此为依据，指导设备维修，避免了以往检修中出现的过维修和欠维修。对重点设备定点、定期地进行状态监测，掌握其劣化发展规律。几年来，经过不断摸索、实践，在大量的现场工作中，应用状态监测、故障诊断技术，解决了不少问题，取得了一定经验

四、采集数据的含义

1、加速度值。轴承加速度产生的原因无外乎轴承本身产生、轴承收到外部因素的干扰产生了加速度。轴承本身产生的原因：弹道出现磨损、润滑脂内有污染物、滚珠磨损、保持架与滚子碰摩。轴承受外部的原因：轴承座、轴颈与轴承内外圈配合不良、轴的异常受力（轴向力或径向力）、机械旋转部位与静止部位的碰摩。以上的几种加速度产生的原因，合格的设备均不会发生（加速度值较小），但是在设备运行过程中轴承发生故障后均有可能发生。我们需要对轴承的故障原因进行分析

2、加速度包络。加速度包络是一种专门针对轴承故障所产生的高频冲击信号进行处理的技术，它对轴承的早期磨损及故障敏感，通过对电动机连续测试的趋势分析，就可以很容易的看出轴承磨损情况，最终决定检修时间。其实它就是一个单位，只能用于判定轴承的故障

五、典型实例诊断分析

1、转子不平衡

旋转机械的各种异常现象中，由于不平衡造成的振动占有很高比例。不平衡的原因主要有：材质不均匀、制造安装误差、孔位置的缺陷、孔内径偏心、偏磨损、转子零部件脱落及腐蚀等。这些原因引起转子惯性主轴偏离其旋转轴线，造成转子不平衡。转子每转动一周，就会受到一次不平衡质量产生的离心惯性力的冲击，离心惯性力周期作用的结果，引起转子产生异常的强迫振动，振动的频率与转子的旋转频率相同。

转子不平衡产生振动的主要特征为：振动方向以径向为主，且一般水平径向振动是垂直的1.5-2倍；波形为典型的正弦波，振动频率以转轴的旋转频率为主

2015年12月9日对重催原料泵P-2201/2监测发现，电机振动达到D区（联轴器侧水平方向振动5.4mm/s，垂直振动3.1mm/s），较前期运行显著升高，已严重影响设备的正常运行。振动频谱如图所示，振动特点：振动波形为典型的正弦波；联轴器端轴承振动以转轴频率占主要成分，由此判断出现了明显的不平衡。

故障处理措施：电机抽转子做动平衡，发现超出了平衡范围，且转子上喷涂层剥落，这是造成不平衡的主要原因，检修后回装投入运行正常，振动明显降低。

2、轴承故障

在长期生产状态监测中发现，滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性。正常优质轴承在开始使用时，振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值都较小，可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。运行一段时间后，振动和噪声维持一定水平，频谱非常单一，仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常稳定，进入稳定工作期。继续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动速度增大的变化较缓慢，此时，如果振动加速度值会快速上升，一般会达到80m2/s以上。我们认为，此时轴承已经出现了磨损。而随后振动速度和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，时域波形冲击明显，GIE值较正常运行时对比会大幅升高，包络谱中往往会出现轴承某一部位或几个部位的缺陷频率，如若出现缺陷频率的谐波或带转速的变边频，且在常规图谱中都能看见轴承的缺陷频率。预示着此时轴承已进入晚期故障，需及时检修设备，更换滚动轴承三循装置P-10高压电机通过BH550监测发现包络谱中有前端轴承外圈缺陷通过频谱，且GIE值很高，查看常规的速度频谱图上也能看到外圈缺陷频率的倍频，说明轴承外圈缺陷明显，需检修更换

故障处理措施：外圈滚道上有多处明显的压痕，且电机负荷侧外挡油环破碎，通过更换前端轴承，设备运行状况良好。

3、经验总结

通过长期监测可以看出：有时振动速度在合格范围内，而振值加速度和GIE可能会很高也会预示着轴承会存在严重的缺陷，这是值得注意的。总的说来，对于现在使用的监测仪器（BH550），如果时域波形图上存在明显冲击，GIE值≥15，解调频谱图和常规图谱中均有轴承缺陷频率及其谐波通过，就可以判定轴承存在肉眼可见的故障

六、结束语

通过使用BH550对设备进行状态监测以来，通过多年经验的积累（包含设备运行工况、设备组态、振动测点、报警值设定、GIE值、频率范围选择等），对滚动轴承故障的判断的准确度有了很大的提高，能够准确找出故障的原因、部位和程度，提出正确的检修处理意见，多次排除滚动轴承故障隐患，为炼化装置机泵的稳定运行提供了有力保障

参考文献：

[1]徐凯.孪生支持向量机在滚动轴承振动故障诊断中的应用[J].煤矿机械，2016，（4）：147-150.

[2]肖述兵.滚动轴承振动故障诊断实践[J].轴承，2006，（3）：31-33.

作者简介：

边茜茜，女，1982年6月，新疆，大专，电动机状态监测，助理工程师