滾動軸承故障診斷與分析

莫利輝 喬 鵬

〔亞東石化（上海）有限公司 上海〕

一、概述

滾動軸承是轉動設備重要組成之一，它的運行狀況往往關系到轉動設備是否能穩定運行。因此，轉動設備的日常維保項目中，確認軸承運行狀況是必不可少的。通過狀態監測及故障診斷技術可以有效監控滾動軸承運行狀況，提高設備運行可靠性，確保裝置穩定生產。

亞東石化（上海）有限公司從2006年開展狀態監測工作，目前對裝置內大部分轉動設備都有定期監控，根據轉動設備在裝置中所處的重要性，制定監測計劃，定期采集振動數據，并加以分析，確認轉動設備運行狀況，根據故障的發展趨勢提前準備檢修計劃。

二、滾動軸承故障診斷分析

1.滾動軸承故障特征頻率

滾動軸承由軸承外圈、軸承內圈、保持架和滾動體組成。當軸承有一個或幾個部件出現故障時，頻譜中會出現對應的特征頻率，即軸承故障特征頻率。這些頻率通常不為轉速頻率的整數倍，往往是非同步頻率。

一個滾動軸承有4個故障頻率：外圈故障頻率BPO、內圈故障頻率BPI、滾動體故障頻率BSF、保持架故障頻率FTF。目前大部分的狀態監測分析軟件均有各大廠商常規型號軸承的故障頻率數據庫。

2.滾動軸承故障分析

圖1 第一階段（初期故障）

圖2 第二階段（中期故障）

圖3 第三階段（嚴重故障）

圖4 第四階段（軸承失效）

在滾動軸承出現早期故障時，僅從振動值無法提前做出判斷，通常在加速度包絡譜中更容易發現軸承的初期故障。滾動軸承的初期故障往往在高頻區域會出現故障信號，而加速度包絡譜通過使用高通濾波器過濾低頻信號干擾，將高頻信號放大，更容易發現滾動軸承的故障信號。理論上運用加速度包絡譜判斷軸承故障，共分四個階段。

圖5 加速度包絡譜分析（10月12日）

（1）滾動軸承出現故障，譜中出現故障頻率，此時幅值較小（圖1）。

（2）故障開始發展，故障頻率幅值上升，但現場振動值并未發生明顯變化。若為滾動軸承內圈故障，則會在工作頻率附近出現1倍轉速頻率的邊帶；若為滾動體故障，則會出現1/2諧頻，并伴有保持架故障頻率的邊帶（圖2）。

（3）故障變得嚴重，故障頻率幅值明顯上升，邊帶或1/2諧頻更為明顯。此時現場振動值將會呈上升趨勢，加速度包絡譜中故障頻率幅值將超過背景噪聲20 dB，應該盡快準備軸承備件，制定維修計劃更換軸承（圖3）。

（4）噪聲水平上升接近波峰，此時預示著軸承即將完全失效（圖4）。

三、滾動軸承故障診斷實例

2013年10月12日監測發現G1-507B泵驅動端軸承出現故障頻率，該泵相關參數見表1，測量的振動值見表2。

表1 G1-507B相關參數

9月12日例行檢查加速度包絡譜中無異常頻率出現；10月12日發現軸承滾動體故障頻率BSF和保持架故障頻率FTF，幅值均比較低（圖5）；10月14日滾動體故障頻率BSF幅值有明顯上升，且在滾動體故障頻率附近出現頻寬為1FTF的邊帶（圖6），此時現場的振動值并未發生變化；11月7日現場振動呈上升趨勢，加速度包絡譜中各幅值上升，并出現滾珠故障頻率及1/2諧頻及內圈故障頻率BPI（圖7）；12月2日現場振動明顯變大，加速度包絡譜中各幅值明顯上升，軸承內圈故障頻率BPI幅值上升最為明顯，且出現2倍BPI，判斷軸承內圈出現明顯故障，建議停泵維修（圖 8）。

經解體檢查，發現驅動端軸承7315BECBJ滾珠和內圈有磨損，且在內圈上發現一處明顯缺陷，與分析結果一致。12月4日維修更換新軸承后上線測試，加速度包絡譜恢復正常，泵運行正常。

表2 測量振動值 mm/s

圖6 加速度包絡譜分析（10月14日）

圖7 加速度包絡譜分析（11月7日）

圖8 加速度包絡譜分析（12月2日）

四、總結

通過狀態監測技術，對轉動設備軸承出現的早期故障進行跟蹤、分析，并判斷其發展趨勢，根據故障的趨勢及時安排有針對性的檢修計劃，可大幅降低裝置的檢修成本。