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真空泵減速機軸承的故障診斷

2013-11-13

薛啟峰　郭青年
（中國鋁業(yè)山西分公司　氧化鋁四分廠，山西河津　043304）
　　摘　要：通過狀態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)真空泵減速機狀態(tài)劣化趨勢，利用MRS2.0網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)點檢管理系統(tǒng)提供的分析工具，經(jīng)診斷分析，判斷減速機輸入軸承存在故障；解體檢修驗證判斷的正確性。更換軸承后，機組恢復(fù)正常狀態(tài)。
　　關(guān)鍵詞：真空泵；滾動軸承通過頻率；包絡(luò)；劣化
　　0　概述
　　真空泵是氧化鋁生產(chǎn)中保證平盤過濾機正常生產(chǎn)的重要設(shè)備，平盤過濾機利用液封槽在過濾機盤面形成母液區(qū)、弱濾液區(qū)、強濾液區(qū)及烘干區(qū)，完成氫氧化鋁料漿的分離過程，同時控制過濾后氫氧化鋁的水分。2003年11月，真空泵減速機的軸承損壞，使得軸承外圈在軸承座中轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致減速機機殼損壞，經(jīng)檢修仍然無法正常運行，更換減速機后運行正常。自2007年7月以來，真空泵振動和噪音逐漸增加，為查找其原因，使用了上海容知測控技術(shù)有限公司的RH701G精密點檢儀，對該真空泵的電機、減速機、泵體輸入端軸承進(jìn)行檢測，并使用軟件提供的趨勢、頻譜、包絡(luò)、瀑布圖等工具，對網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)點檢管理系統(tǒng)所提供的軸承元件故障特征信息進(jìn)行分析，進(jìn)而得出減速機輸入軸軸承嚴(yán)重?fù)p壞的結(jié)論。
　　1　真空泵機組情況
　　真空泵機組由電機、減速機、泵體組成，采用剛性基礎(chǔ)安裝，所有支承為滾動軸承，采用油脂潤滑。
　　真空泵型號為：CBF610-2BG3，轉(zhuǎn)速：298r/min，供水量：13~32m3/h；
　　電機型號為：YKK4004-4，轉(zhuǎn)速：1480r/min。減速機型號為：1C315N，傳動比為：5.08：1。
　　為了檢測真空泵機組的振動及溫度等參數(shù)，在電機輸出端、減速機輸入端和輸出端、泵體前、后的軸承位置布置了振動測點（見圖1）。
　　2　真空泵機組故障狀態(tài)分析
　　2.1 狀態(tài)判斷
　　自2007年6月起對真空泵機組各測點的振動進(jìn)行檢測，7月下旬后真空泵的振動和噪音明顯增加，8月8日出現(xiàn)振動異常（見表1）。
　　注：由于減速機輸入端垂直方向振動偏大，超出測量范圍未測到數(shù)據(jù)；軸向因位置原因無法測量，故選用減速機輸入端的水平方向作為本次分析的基礎(chǔ)。
　　根據(jù)ISO 10816-3振動監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，振動速度正常有效值應(yīng)小于2.3mm/s，表1的檢測數(shù)據(jù)表明，真空泵機組各測點的振動值均高于標(biāo)準(zhǔn)值。
　　減速機輸入端的水平速度有效值趨勢圖表明（見圖2），檢測的開始階段，減速機輸入端水平速度值較?。s3.5mm/s）；7月下旬后振動速度值增大，8月8日振動速度值急劇增加，達(dá)到4.80mm/s。據(jù)此，判斷減速機處于加速劣化趨勢狀態(tài)，需立即作進(jìn)一步分析，以確定故障部位及程度。
　　2.2 故障分析
　　由減速機輸入端水平速度瀑布圖可知（見圖3），振動值上升主要為153Hz和其倍頻成分，以及少量高速軸轉(zhuǎn)頻邊帶，故判斷故障部位位于減速機高速軸上。
　　圖4為減速機輸入端水平速度對比多頻譜圖，采集信號為1600線速度頻譜，采樣頻段為2~1000Hz，實際運行轉(zhuǎn)速為1485r/min。頻譜間存在差異，即在8月8日頻譜中，在400~900Hz之間出現(xiàn)了明顯的153Hz倍頻異常信號。
　　軸承和齒輪的信號主要表現(xiàn)在高頻上，而加速度對檢測高頻振動非常有效，故對減速機輸入端水平的加速度信號進(jìn)行頻譜分析（見圖5）。在頻率為2~5000Hz的加速度頻譜上，2000~4000Hz范圍內(nèi)明顯地出現(xiàn)了峰丘狀邊頻帶，這一范圍是軸承元件的固有頻率區(qū)間，據(jù)此，判斷軸承元件可能出現(xiàn)故障。
　　包絡(luò)解調(diào)通常用于具有滾動軸承的軸組件振動分析，它是利用軸承或檢測系統(tǒng)作為諧振體，將故障沖擊產(chǎn)生的高頻共振響應(yīng)波放大，通過包絡(luò)檢波方法變?yōu)榫哂泄收咸卣鞯牡皖l波形，然后采用頻譜分析法找到故障頻率，從而確定故障[1]。
　　為了進(jìn)一步確定發(fā)生故障的部件，對減速機輸入端水平加速度信號進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)分析（見圖6）。圖6表明存在153.125Hz及其倍頻，經(jīng)計算可知，此頻率為減速機輸入軸軸承外圈的通過頻率。
　　當(dāng)軸承外滾道產(chǎn)生損傷（如剝落、裂紋、點蝕等）時，在滾動體通過時亦會產(chǎn)生沖擊振動。由于點蝕的位置與載荷方向的相對位置關(guān)系是一定的，所以這時不存在振幅調(diào)制情況，振動頻率為滾動體通過外圈的特征頻率153.125Hz。
　　綜上分析，判斷輸入軸軸承元件可能已經(jīng)損壞，且損壞情況嚴(yán)重。須立即對減速機進(jìn)行解體檢修。
　　3　故障處理后的效果
　　減速機解體后發(fā)現(xiàn)，輸入軸軸承損壞嚴(yán)重，內(nèi)外圈磨損、滾珠蝕點較多。二軸齒輪有一齒輪斷裂損壞。
　　圖7分別表明減速機高速軸靠電機側(cè)軸承外圈、滾動體和輸出齒輪軸的損壞情況，從圖7a、b看出軸承問題較嚴(yán)重；圖7c顯示齒輪有一處斷齒。
　　齒輪的局部缺陷反映在時域波形上有明顯的轉(zhuǎn)速沖擊特征，但與頻譜比較可知，并未在齒輪嚙合頻率620Hz處發(fā)現(xiàn)異常情況。通過查閱資料，曾有過這樣的案例，齒輪輪齒局部折斷、崩裂后初期，沖擊信號顯著，隨著運行時間的延長，磨損使得缺陷區(qū)域邊緣不再承載，Z終沖擊逐漸減弱[2]。本次檢測中未能發(fā)現(xiàn)因齒輪斷齒而產(chǎn)生的沖擊信號，即表明齒輪斷齒發(fā)生在檢測之前。
　　根據(jù)解體后的情況，更換了一、二軸齒輪及軸承。試車后運行正常。
　　4　結(jié)語
　　本次軸承故障診斷和及時檢修，避免了真空泵機組運行狀況的進(jìn)一步惡化，也避免了軸承抱軸等惡性事故的發(fā)生。
　　設(shè)備運行的信號和分析具有復(fù)雜性（如上述齒輪的局部缺陷），并非進(jìn)行一次振動檢測就可以判定問題所在，因而長周期的定期檢測是必須的。將狀態(tài)監(jiān)測和診斷結(jié)合起來，方可Z大發(fā)揮點檢管理系統(tǒng)作用。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]陳克興,川奇.備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)[M].北京:科技文獻(xiàn)出版社,1991.
　　[2]易良榘.簡易振動診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.
來源：《有色設(shè)備》2008年第3期