低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障診斷技巧

朱 泉，陸德偉

（中國(guó)石油錦州石化公司電氣車間，遼寧錦州 121001）

0 引言

現(xiàn)代工廠里轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備大量使用軸承部件，滾動(dòng)軸承作為機(jī)械設(shè)備的常用標(biāo)準(zhǔn)件，也是設(shè)備經(jīng)常損壞的部件。由于滾動(dòng)軸承的失效造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常而不得不進(jìn)行檢修，所以做好滾動(dòng)軸承故障診斷在設(shè)備管理中的實(shí)際意義非常重要。故障的判斷與識(shí)別可以提前分析滾動(dòng)軸承失效先兆，從而提前安排檢修，避免因?yàn)闈L動(dòng)軸承故障而造成的故障擴(kuò)大，從而使檢修作業(yè)內(nèi)容擴(kuò)大和增加難度。近20多年來，隨著振動(dòng)分析技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用和發(fā)展，常見的滾動(dòng)軸承故障通過振動(dòng)分析基本可以準(zhǔn)確診斷出來，例如剝落、點(diǎn)蝕、磨損間隙過大等故障。但是，低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承的故障不容易診斷出來，特別是低速重載設(shè)備的滾動(dòng)軸承故障診斷，是實(shí)際生產(chǎn)中的一個(gè)難題。

滾動(dòng)軸承的突然失效，一般會(huì)造成機(jī)械設(shè)備的突發(fā)故障及惡劣后果，給生產(chǎn)和檢修造成很大麻煩。在長(zhǎng)期的故障診斷工作中，對(duì)低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障的診斷進(jìn)行了一些探討與研究，逐步積累了一些診斷方法和經(jīng)驗(yàn)。

1 低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)特性

由于轉(zhuǎn)速較慢，低轉(zhuǎn)速設(shè)備的故障一般不容易顯現(xiàn)出來，等到設(shè)備出現(xiàn)大的異常時(shí)，往往滾動(dòng)軸承的故障已經(jīng)非常嚴(yán)重，而低轉(zhuǎn)速設(shè)備的滾動(dòng)軸承故障又很少引起設(shè)備振動(dòng)的顯著變化，特別是大部分企業(yè)都應(yīng)用振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)，故低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承的故障振動(dòng)分析診斷率很低。

在實(shí)際故障診斷工作中，發(fā)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承的故障在檢測(cè)中一般總振值基本正常，雖然有時(shí)候會(huì)有明顯的異音，隨著連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備總振值變化很小，但是在低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承快要失效時(shí)，速度頻譜中常會(huì)出現(xiàn)高倍頻的雜亂譜峰，這時(shí)就需要引起注意。分析認(rèn)為，此時(shí)的低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承，其故障已經(jīng)發(fā)展到會(huì)影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)精度的程度了，會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)斷裂、扭轉(zhuǎn)等嚴(yán)重的軸承故障。

2 低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障診斷方法

對(duì)滾動(dòng)軸承同時(shí)采集振動(dòng)速度和振動(dòng)高頻加速度波形，并分別進(jìn)行頻譜分析。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備轉(zhuǎn)速低，采集的振動(dòng)參數(shù)能量較低，因此需要對(duì)低轉(zhuǎn)速設(shè)備采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。在實(shí)際工作中，診斷轉(zhuǎn)速在電流工頻的設(shè)備應(yīng)用最多，積累的經(jīng)驗(yàn)也比較豐富，診斷的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也很有效。因此，對(duì)于低轉(zhuǎn)速設(shè)備，首次提出速度補(bǔ)償分析方法和補(bǔ)償因子計(jì)算及應(yīng)用方法，其中，補(bǔ)償因子§為3000 r/min與實(shí)際轉(zhuǎn)速的比值，即。振動(dòng)加速度×補(bǔ)償因子，主要考慮速度能量的補(bǔ)償。如果設(shè)備比較重要，可以將補(bǔ)償因子調(diào)整為比值的1.5倍。這樣就可以把低轉(zhuǎn)速設(shè)備的振動(dòng)參數(shù)補(bǔ)償?shù)礁咿D(zhuǎn)速等效參數(shù)進(jìn)行故障分析與診斷，提高故障診斷的準(zhǔn)確率。

3 低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障診斷要點(diǎn)

通過長(zhǎng)期的摸索，總結(jié)出診斷低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障的要點(diǎn)：①振動(dòng)總值基本沒有大的波動(dòng)，建議以加速度參數(shù)值分析；②故障后期，振動(dòng)頻譜高倍頻譜峰增多，并且譜形雜亂；③對(duì)振動(dòng)參數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，按補(bǔ)償后的參數(shù)值進(jìn)行振動(dòng)分析或按照振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)診斷，推薦的補(bǔ)償公式為A等效=§×A實(shí)測(cè)；④故障后期，可以作包絡(luò)分析，如果包絡(luò)譜峰出現(xiàn)低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障特征頻率或其倍頻，則可確認(rèn)低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障，應(yīng)盡快停機(jī)檢修。

4 一起低轉(zhuǎn)速滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例

某空分裝置有1臺(tái)氮壓機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速493 r/min，軸伸端軸承型號(hào)為NU321，自由端軸承型號(hào)為6320，反映電機(jī)有不規(guī)則異音。到現(xiàn)場(chǎng)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)及圖形見圖1～圖8和表1～表3。

圖1 電機(jī)軸伸端時(shí)域波形

圖2 電機(jī)軸伸端速度頻譜

圖3 電機(jī)自由端時(shí)域波形

圖4 電機(jī)自由端速度頻譜

圖5 電機(jī)軸伸端加速度時(shí)域波形

通過采集的數(shù)據(jù)分析，該電機(jī)振動(dòng)速度雖然比較大，但考慮負(fù)荷是活塞式壓縮機(jī)，振動(dòng)參數(shù)也在正常范圍內(nèi)，而且該電機(jī)歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)一直也偏高，振動(dòng)加速度最大值為10.5 m/s2，按照一般加速度標(biāo)準(zhǔn)也不超標(biāo)。由于該設(shè)備轉(zhuǎn)速較低，采用速度補(bǔ)償?shù)姆椒?，其補(bǔ)償參數(shù)：。因此判定，該電機(jī)等效振動(dòng)加速度超標(biāo)，懷疑電機(jī)滾動(dòng)軸承存在問題。

圖6 電機(jī)軸伸端加速度頻譜

圖7 電機(jī)自由端加速度波形

圖8 電機(jī)自由端加速度頻譜

表1 電機(jī)軸伸端和自由端相關(guān)時(shí)域參數(shù)

表2 電機(jī)軸伸端和自由端譜峰分布

表3 滾動(dòng)軸承特征頻率

圖9 電機(jī)軸伸端和自由端的加速度包絡(luò)解調(diào)圖

對(duì)加速度譜進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，發(fā)現(xiàn)軸伸端有自由端軸承外圈特征頻率，自由端出現(xiàn)軸承外圈2倍特征頻率，結(jié)合自由端振動(dòng)加速度較大，診斷該電機(jī)自由端滾動(dòng)軸承存在故障，決定盡快進(jìn)行檢修（圖9）。檢修發(fā)現(xiàn)，該電機(jī)自由端滾動(dòng)軸承保持架破碎（圖10）。由于診斷準(zhǔn)確及時(shí)，沒有造成大的設(shè)備故障，減少了檢修成本。

圖10 滾動(dòng)軸承保持架破碎

5 結(jié)束語(yǔ)

通過低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承診斷實(shí)例，發(fā)現(xiàn)采用速度補(bǔ)償參數(shù)診斷是準(zhǔn)確、有效的。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，包絡(luò)解調(diào)在保持架損壞如此嚴(yán)重情況下，竟然沒有解調(diào)到保持架特征頻率。由此得到提示，在日常進(jìn)行低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動(dòng)軸承故障診斷中，應(yīng)主要以補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行故障判斷，將包絡(luò)解調(diào)作為輔助手段。另外，此診斷方法也適用于低轉(zhuǎn)速設(shè)備齒輪故障的診斷。