精密點檢在機泵振動檢測中的應用探析

蔡清龍，王舟軍，虞佳棟

（中化興中石油轉運（舟山）有限公司，浙江 舟山 316000）

1 前言

石油化工企業主設備基本通過計劃性定期維護、事后維護等模式進行設備管理。定期計劃維修，即三年一大修，兩年一中修，一年一小修，這種模式是典型的以犧牲成本換取設備穩定，維護缺乏科學性和針對性。隨著企業規模擴大，設備同時存在使用頻率、服役年限和規格型號等差異化現狀，如繼續沿用計劃性維護管理，往往會造成許多無效維護，造成浪費。

設備維護目的是使設備長期處于穩定、高效、安全的運行狀態，而如何盡可能降低維修費用是又一個問題。但是，設備無論怎么維護，總有損壞停運的可能，如果停運即要事后維修來保證設備再次運行，即預防維護和事后維修總存在著最優的選擇。據估計，企業設備維修方式最合理比例是預防性維修占80%，突發性維修占20%。

預防維修就是在設備穩定運行期間，按照預訂設備維護計劃對設備進行檢查和維護，設備點檢是設備預防性維修的一種方式，根據過程檢測數據積累，進行設備預防性維修。對于油庫主設備高使用率和零部件復雜性，故障風險大于維修風險，應采用預防維修為主，以防止設備故障造成停機，減少油庫運行風險，降低維修費用。

2 精密點檢概述

區別于設備檢查，設備點檢是一種設備管理方法，點檢的“點”是指設備的關鍵部位，所謂點檢，指為了維持生產設備原來的性能、確保生產和設備的穩定運行，對設備進行預防性檢查，點檢可分為日常點檢、定期點檢、精密點檢。它是利用人的五感（看、聽、摸、聞、嘗）和工具儀器，按照預先設定的方法標準定點、定周期、定部位對設備進行檢查，找出設備的隱患和潛在缺陷，掌握故障的初期信息并及時采取對策將故障消滅于萌芽狀態的一種設備檢查方法。點檢的目的在于防事故于未然，保持設備性能的高度穩定，延長設備使用壽命提高設備效率。點檢周期一般可由經驗法或數學模型法確定，如一般設備為半年至一年，起重設備一般為1～3個月等。

精密點檢利用精密儀器開展設備狀態檢測，即故障診斷和劣化分析，利用監測診斷儀器進行過程監測，從而預測設備未來狀態及變化趨勢。機泵振動檢測，即利用測振儀檢測高壓機泵，記錄每臺機泵作業運行時各類相關數據，分析并建立檢測臺賬，跟蹤數據變化規律。

對設備實行常態化的數據監測然后整合數據、綜合分析，最后，對故障點采取集中根治的管理模式。整個維護過程具有較強科學性與針對性，對避免設備無效維修，降低維護成本具備明顯優勢。

異常、不規律振動是機泵最大的潛在故障，因此，軸承故障是造成機泵停運最主要的原因，如圖1所示。造成機泵振動增大的主要原因包括轉子的不平衡、同軸度偏差大、軸承磨損嚴重、汽蝕、共振等原因，過大的振動會造成軸承的損壞。振動檢測作為機泵故障診斷重要方式，規定振動速度的均方根（有效值）為表征振動烈度的參數。

圖1 離心泵故障形式分布圖

3 機泵振動檢測基本原理

其基本原理為通過希爾伯特變換將原信號變換為解析信號，此解析信號即構成包絡信號。設內圈滾道回轉頻率為fi（即軸的頻率），滾動體在外圈滾道上的通過頻率為foc，滾動體在內圈滾道上的通過頻率為fic，滾動體公轉頻率為fcase，滾動體自傳頻率為froller。假設滾動軸承的外環固定在軸承座上，只有內環隨軸一起以頻率fi旋轉，并做以下假設：滾道與滾動體之間無滑動；徑向軸向受載荷是平衡的；軸承各部分元件無變形。

根據幾何學條件，可得軸承的各故障特征頻率如下，其中D為軸承節徑，d為滾動體直徑，α為滾動軸承接觸角，取0，z為滾動體數。

滾動體公轉頻率：

滾動體在內圈滾道上的通過頻率:

滾動體在外圈滾道上的通過頻率：

滾動體自傳率：

由參考文獻[5]可知，將故障軸承振動信號x(t)經過以ω為中心頻率的帶通濾波器濾波時，再利用包絡檢波器對濾波后的信號進行檢波，得到振動信號的包絡信號譜圖。通過分析包絡譜圖的譜線分布可以診斷軸承的故障位置：當外環存在故障時，包絡譜圖在頻率為foc及其高倍頻處產生明顯的譜線；當內環存在故障時，包絡譜圖會在fic、fi以及他們的高頻處產生譜線，一般的，fi＜＜fic，因此在fic及其高倍頻處會產生以fi為間隔的邊帶族；當滾動體存在故障時，包絡譜圖在頻率為froller、fcase及它們的高倍頻處產生明顯的譜線，一般的，fcase＜＜froller，因此，在froller及其高倍頻處會產生以fcase為間隔的邊帶族。

4 機泵振動檢測實例分析

按照美國齒輪制造協會提出的振動破壞形式和振動標準，基本劃分為：

（1）低頻域（10Hz以下）為位移破壞，振動標準為位移。

（2）中頻域（10～1000Hz）為疲勞破壞，振動標準為速度。

（3）高頻域（1000Hz以上）為作用力破壞，振動標準為加速度。

以XX公司原油泵房P-2泵為例，其電機的頻率為f=1480/60=25s-1，在中頻區域，為疲勞破壞形式，振動標準為速度。測振儀共測電機前軸、后軸、泵前軸、后軸4大處，共12處，每一處在軸向A、垂直方向V、水平方向H分別測三個小點，分別為1A、1H、1V、2A、2H、2V、3A、3H、3V、4A、4H、4V。2處為關鍵部位，若此處振動速度過大，關系到電機的輸出功率和效率。

P-2泵中心高為900mm，轉速為1480r/min，根據標準可確定振動烈度等級：二級，合格的最大振動速度為7.1mm/s。對P-2高壓機泵進行預防性振動檢測發現，泵前軸振動值達到了6.04mm/s(已經接近合格極限值7.1mm/s)，如圖2所示。現場數據：運行轉速：1480Rpm；測量值：4.7018mm/s；數據類型：時間波形；數據點數：1024；頻率帶寬：1000Hz。

圖2 頻譜圖

分析頻譜圖可以得到，在f =100.00Hz時振動速度達到最大峰值6.04mm/s，如表1所示，泵的轉速為1480r/min，頻率為fi=1480/60=24.6Hz，約等于25Hz，即在fi的4倍處產生峰值，初步判定是軸對中不良造成軸承振動值超出正常允許值。為確定引起對中不良的原因，對機泵聯軸器進行精密測量，調整對中后，如圖3所示，最大值為0.45mm/s,說明已達到良好狀態。

表1 主要峰值

圖3 修復后的頻譜圖

此外，通過長期的振動速度記錄，通過趨勢圖來預測趨勢，來達到預防維修的目的，如圖4所示，對原油泵房P-3泵4A點半年的記錄，可以看出在4月19號振動速度已達到3mm/s，并且最近三次檢測已是上升的趨勢，由此可粗略可得未來一段時間內，振動速度還將增大，應加大監控力度，如過檢測數據接近7.1mm/s，應立即停泵調整，以防事故的發生，來達到預防性維護目的。

圖4 P-3泵振動速度趨勢圖

5 結語

近年來，TnPM在石油化工行業的推廣，對點檢制的規范建立起到了重大的推動作用，通過點檢并對這些故障和隱患及時的修復和排除，并對設備進行有針對性、有計劃性、有目標性的預防維護措施。點檢首先在于確定點檢周期，以免產生過維修而造成的物料浪費。精密點檢使設備預防維護有了一個可靠的數據支撐，通過數據的不斷對比、統計、分析才能真正判斷設備的狀態。

隨著數據的積累、趨勢的分析，形成設備的基準值，為以后的設備檢測提供參考。一切讓數據說話的思想，將在設備預防維護管理起到一個先導性的作用。XX公司高壓機泵振動檢測預防維護管理經驗，將對儲罐等其他主設備精密檢測起到指導作用。