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热油泵故障的振动分析与故障诊断
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3 台型号为 NTT65-200 的热油泵是纸厂压光机流程中的重要设备，对纸机的生产起着相当重要的作用。这 3 台设备中，两台运转，一台备用。2004 年初，在其中一台 532E407J 泵的振动频谱上发现严重的轴承故障，为确保生产的正常进行，决定在停机时切换到备用泵 532E407K，然后更换 532E407J 的轴承。但据操作人员介绍，好像备用泵 532E407K 流量偏低，以前试着开了几次都不行，因此在更换 532E407J 轴承以前，须先把532E407K 流量偏低的问题解决。
一、设备有关参数及测点布置图
泵为 ALLweiler 公司的离心泵，叶片为 7 片，转速为 3000rpm 左右；轴承型号为 SKF6306。泵送液体为热油，温度在 120℃以上。电机为 3 相异步电机，额定转速 2955rpm,功率为30kw。设备的示意图及测点布置见图1。振动数据由CSI2120A 数据采集器采集，通过相应的 RBMware 分析处理。
图 1： 设备的示意图及测点布置
二、热油泵故障的振动分析与故障处理
2004 年 3 月 26 日，建议更换 532E407J 泵的轴承。图 2 是该泵联轴器端轴承垂直方向频谱及时域波形。
在图 2 中我们需要注意的是： (1),除了旋转频率（49.68HZ）外，主要以等间距的 200HZ 的谐波为主；(2),在这些谐波族的每个谐波边上都有边带；(3),加速度时域波形的峰－峰值在 6g's左右。现在我们来看一下泵的轴承 SKF6306 在该转速下的各个故障频率：
| 转频 | FTF | BSF | BPFO | BPFI |
| 49.68HZ | 18.86HZ | 97.04HZ | 150.93HZ | 246.96HZ |
为了更清楚的分析问题，我们把图 2 的频谱从 600HZ 到 2100HZ 放大，见图 3：
图 3： 532E407J 泵的联轴器端轴承频谱放大
我们先来看有光标的谐波族，从 780.73 到 980.51 到 1180.3 到 1380.1 到 1579.8 到 1779.6到 1979.4，都是相差约 200HZ；而 780.73 与 819.05 相差约 39HZ，980.51 与 1019.0 相差约 39HZ，1180.3 与 1218.9 相差约 39HZ，1380.1 与 1418.9 相差同样约 39HZ，其它也一样。假设滚动轴承的滚珠上有一处缺陷，那么通常该滚珠运转时会在内圈和外圈上各碰撞一次，所以一般情况下，轴承的滚珠故障会以 2 倍的滚珠故障频率出现；另外由于滚珠是附在保持架上的，如果滚珠运转时碰撞 2 次，相应的保持架运，这就是为何会在 2 倍轴承滚珠故障频率（BSF）的边上会有 2 倍保持架故障频率（FTF）的边带。很多情况下实际的轴承故障频率与计算出的故障频率不完全匹配，只要一般相差不大于 3HZ 左右，就可以认为频率是相符的。
在本案例中，200HZ≈2×BSF≈2×97.04HZ而 39HZ≈2×FTF≈2×18.86HZ；所以，这是一个典型的轴承滚珠故障。在更换 532E407J 泵轴承之前，必须确保备用泵 532E407K 是正常的，但据操作人员反映该泵的流量好像一直偏低。所以，在 2004 年 5 月 12 日停机期间我们启动 532E407K 试转，以确定532E407K 泵是否真的存在问题。启动后发现泵的流量的确很低，而且泵的振动和噪音明显异常。图 4 是 532E407k 泵的联轴器端轴承垂直方向频谱及时域波形，从图 4 频谱上我们可以看到除了泵的旋转频率，7 倍转频（叶片通过频率）幅值较大外，同样也有数量不是很多的轴承滚珠故障频率出现；另外值得注意的是 7 倍转频处的底部抬的较高；而且加速度时域波形的峰－峰值达 47g's 左右。
我们再看一下该泵轴向位置的振动状况，见图 5。图 5 频谱的最大特点就是整个频谱的底部都抬的很高，说明振动异常，能量很大。
综合考虑以上因素，建议：(1),检查管路是否堵塞或有异物；(2),检查叶轮与泵体是否异常，是否存在气蚀现象；(3),更换该泵的轴承（滚珠故障）。
2004 年 5 月 14 日机械维修更换了 532E407K的轴承，并作了相应的检查。检查结果：(1),管路没有堵塞或异物；(2),叶轮与泵体也没有明显异常；(3),泵的轴承滚珠略有磨损，见图 7。
图 7 ：532E407k 泵的轴承滚珠照片
532E407K 泵振动异常的原因到底在哪里？泵的流量偏低的原因又在哪里呢？不太严重的轴承滚珠故障会引起这么大的振动吗？马达是否存在电器方面故障？还有其它方面的原因吗？怀着这些疑问，2004 年 5 月 20 日我们和电气人员一起再次对 532E407K 进行测试检查。在测试过程中我们突然发现 532E407K 的马达竟然是反转的。纠正马达转向后，泵的振动明显降低，流量也恢复正常。原来一两年前曾经更换过 532E407K 的马达，但当时没有人在意马达的转向，结果导致了今天这个故障的发生。图 8 为纠正转向后 532E407k 泵的轴向频谱及时域波形，时域波形的冲击大为降低，在频谱上以泵的旋转频率及叶片通过频率及其谐波为主，频谱底部的能量也消失了.
备用泵的问题解决后，我们准备更换 532E407J 泵的轴承，但此时另一台热油泵 532E407I 也表现出较严重的轴承滚珠故障，见图 9，频谱上同样以 2 倍的轴承滚珠故障频率的谐波族及 2 倍的保持架故障频率的边带为主；加速度时域波形的峰－峰值也在 5g's 以上。由于 532E407I 泵的机械密封有较大的泄漏，于是我们决定先更换 532E407I 泵的轴承。
2004 年 6 月 16 日机械维修更换了 532E407I 泵的轴承。图 10 是 532E407I 叶轮侧轴承滚珠的照片，一个滚珠有一处严重剥落。
图 10 ：532E407I 泵的叶轮侧轴承
2004 年 9 月 23 日，机械维修更换了 532E407J 泵的轴承。图 11 是 532E407J 泵的叶轮侧轴承滚珠照片，该轴承有多个滚珠有多处严重剥落。
图 11 ：532E407I 泵的轴承滚珠照片
三、结论
1、有时候设备故障是非常复杂的，我们搞振动分析和故障诊断的必须怀着严谨慎重的态度，在对设备与现场环境深入了解的基础上才能得出比较科学准确的结论
2、滚动轴承的滚珠故障通常表现出以下几点：
a、在频谱上以 2 倍滚珠故障频率及其谐波为主，并且这些谐波边上有 2 倍保持架故障频率；
b、加速度时域波形的峰－峰值大于 4g's；从加速度时域波形的冲击可以看出故障的严重程度。
c、轴承的噪音会很大，通常设备有噪音并不一定意味着轴承故障，但有轴承故障的设备运转起来噪音一般都很大。
d、我们经常说轴承故障是高频故障，所以如果我们采集 5000HZ 左右的加速度频谱，我们就可以验证所怀疑的轴承故障是否真的存在。
翁建忠 2007-6-20
