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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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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
（中國鋁業山西分公司　氧化鋁四分廠，山西河津　043304）
　　摘　要：通過狀態監測發現真空泵減速機狀態劣化趨勢，利用MRS2.0網絡化設備狀態點檢管理系統提供的分析工具，經診斷分析，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，機組恢復正常狀態。
　　關鍵詞：真空泵；滾動軸承通過頻率；包絡；劣化
　　0　概述
　　真空泵是氧化鋁生產中保證平盤過濾機正常生產的重要設備，平盤過濾機利用液封槽在過濾機盤面形成母液區、弱濾液區、強濾液區及烘干區，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動，導致減速機機殼損壞，經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、泵體輸入端軸承進行檢測，并使用軟件提供的趨勢、頻譜、包絡、瀑布圖等工具，對網絡化設備狀態點檢管理系統所提供的軸承元件故障特征信息進行分析，進而得出減速機輸入軸軸承嚴重損壞的結論。
　　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，轉速：298r/min，供水量：13~32m3/h；
　　電機型號為：YKK4004-4，轉速：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，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分析
　　2.1 狀態判斷
　　自2007年6月起對真空泵機組各測點的振動進行檢測，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據；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。
　　根據ISO 10816-3振動監測標準，振動速度正常有效值應小于2.3mm/s，表1的檢測數據表明，真空泵機組各測點的振動值均高于標準值。
　　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小（約3.5mm/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，達到4.80mm/s。據此，判斷減速機處于加速劣化趨勢狀態，需立即作進一步分析，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之間出現了明顯的153Hz倍頻異常信號。
　　軸承和齒輪的信號主要表現在高頻上，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范圍內明顯地出現了峰丘狀邊頻帶，這一范圍是軸承元件的固有頻率區間，據此，判斷軸承元件可能出現故障。
　　包絡解調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作為諧振體，將故障沖擊產生的高頻共振響應波放大，通過包絡檢波方法變為具有故障特征的低頻波形，然后采用頻譜分析法找到故障頻率，從而確定故障[1]。
　　為了進一步確定發生故障的部件，對減速機輸入端水平加速度信號進行包絡解調分析（見圖6）。圖6表明存在153.125Hz及其倍頻，經計算可知，此頻率為減速機輸入軸軸承外圈的通過頻率。
　　當軸承外滾道產生損傷（如剝落、裂紋、點蝕等）時，在滾動體通過時亦會產生沖擊振動。由于點蝕的位置與載荷方向的相對位置關系是一定的，所以這時不存在振幅調制情況，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損壞，且損壞情況嚴重。須立即對減速機進行解體檢修。
　　3　故障處理后的效果
　　減速機解體后發現，輸入軸軸承損壞嚴重，內外圈磨損、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處發現異常情況。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，磨損使得缺陷區域邊緣不再承載，Z終沖擊逐漸減弱[2]。本次檢測中未能發現因齒輪斷齒而產生的沖擊信號，即表明齒輪斷齒發生在檢測之前。
　　根據解體后的情況，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一步惡化，也避免了軸承抱軸等惡性事故的發生。
　　設備運行的信號和分析具有復雜性（如上述齒輪的局部缺陷），并非進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。將狀態監測和診斷結合起來，方可Z大發揮點檢管理系統作用。
　　參考文獻
　　[1]陳克興,川奇.備狀態監測與故障診斷技術[M].北京:科技文獻出版社,1991.
　　[2]易良榘.簡易振動診斷現場實用技術[M].北京:機械工業出版社,2003.
來源：《有色設備》2008年第3期