應(yīng)用潤滑狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)凝結(jié)水泵長周期運行
2020-12-13王健偉，王彥江，王長青，陶義
（中國石油獨山子石化分公司設(shè)備檢修公司）
（中國石油獨山子石化分公司設(shè)備檢修公司）
主要內(nèi)容：潤滑狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在凝結(jié)水泵維護中的應(yīng)用，提高了軸承運行狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性，將凝結(jié)水泵軸承運行周期由10 個月延長到36 個月，且在檢修中做到了預(yù)知性維修和精準(zhǔn)性維修，為設(shè)備安全運行提供可靠保障。
關(guān)鍵詞：預(yù)知性維修；潤滑狀態(tài)監(jiān)測；精準(zhǔn)性維修
0 引言
在軸承運行中起潤滑作用的是滾道和滾動體之間一層微米級的薄油膜，因此評價軸承潤滑狀態(tài)時，引入膜厚比判定油膜是否能隔開滾動體和滾道。膜厚比一般使用最小油膜厚度和接觸表面綜合粗糙度的比值。在狀態(tài)監(jiān)測中，潤滑不良是指軸承接觸副之間的油膜厚度不足以分開滾動體和滾道表面微觀凸點，這些不同部件表面的微觀凸點穿通油膜互相接觸發(fā)生碰磨，并引發(fā)軸承異常振動和噪聲的情況。通過監(jiān)測凝結(jié)水泵振動加速度和包絡(luò)值變化，可以更早發(fā)現(xiàn)軸承潤滑是否處于不良狀態(tài)。
1 凝結(jié)水泵運行參數(shù)及測點參數(shù)
1.1 凝結(jié)水泵主要運行參數(shù)
凝結(jié)水泵主要運行參數(shù)見表1。
關(guān)鍵詞：預(yù)知性維修；潤滑狀態(tài)監(jiān)測；精準(zhǔn)性維修
0 引言
在軸承運行中起潤滑作用的是滾道和滾動體之間一層微米級的薄油膜，因此評價軸承潤滑狀態(tài)時，引入膜厚比判定油膜是否能隔開滾動體和滾道。膜厚比一般使用最小油膜厚度和接觸表面綜合粗糙度的比值。在狀態(tài)監(jiān)測中，潤滑不良是指軸承接觸副之間的油膜厚度不足以分開滾動體和滾道表面微觀凸點，這些不同部件表面的微觀凸點穿通油膜互相接觸發(fā)生碰磨，并引發(fā)軸承異常振動和噪聲的情況。通過監(jiān)測凝結(jié)水泵振動加速度和包絡(luò)值變化，可以更早發(fā)現(xiàn)軸承潤滑是否處于不良狀態(tài)。
1 凝結(jié)水泵運行參數(shù)及測點參數(shù)
1.1 凝結(jié)水泵主要運行參數(shù)
凝結(jié)水泵主要運行參數(shù)見表1。
表1 凝結(jié)水泵主要運行參數(shù)
1.2 滾動軸承故障頻率
滾動軸承故障頻率見表2。
滾動軸承故障頻率見表2。
表2 滾動軸承故障頻率 Hz
1.3 測點設(shè)置
加速度為0～5000 Hz 有效值，采集線數(shù)3200 線；加速度為0～10 000 Hz 有效值，采集線數(shù)6400 線；包絡(luò)為0～10 000 Hz有效值，采集線數(shù)6400 線；正常運轉(zhuǎn)時振動加速度＜12 mm/s2，振動速度＜2.1 mm/s，包絡(luò)＜10 gIE。
2 故障分析及處理措施
2.1 凝結(jié)水泵振動趨勢分析
每周巡檢BH550 采集數(shù)據(jù)趨勢圖（圖1）可見凝結(jié)水泵聯(lián)軸器端水平振動加速度值從2018 年12 月19 日（10.74 mm/s2）至2019 年3 月18 日（21.87 mm/s2）呈逐步上升趨勢，達到正常運行值的2 倍左右。
2.2 凝結(jié)水泵速度頻譜圖分析
包絡(luò)頻譜圖（圖2）中故障沖擊頻率峰值與滾動軸承零件內(nèi)圈缺陷頻率的1×（148.38 gIE）、2×（298.44 gIE）、4×（596.88 gIE）和7×（892.19 gIE）頻相重合。
2.3 凝結(jié)水泵加速度頻譜圖分析
加速度頻譜圖（圖3）中故障沖擊頻率峰值與滾動軸承零件內(nèi)圈缺陷頻率的1×（148.44 Hz）、2×（298.44 Hz）、4×（596.88 Hz）和7×（892.19 Hz）倍頻相重合。且在高頻區(qū)的3000～5000 Hz 和7000～9000 Hz 均出現(xiàn)大量隨機高頻并伴有“白底噪”抬升現(xiàn)象。
2.4 綜合分析
凝結(jié)水泵使用脂潤滑潤滑，長期運行后軸承磨損鐵屑混入潤滑脂內(nèi)使?jié)櫥冑|(zhì)，變質(zhì)的潤滑脂油膜無法達到凝結(jié)水泵運行需要的膜厚比，出現(xiàn)潤滑不良現(xiàn)象。潤滑不良引起隨機激勵強迫振動，主要激勵源是大量無序隨機的凸點碰擦，在摩擦副上表現(xiàn)為無序碰擦形成的隨機激勵頻率。金屬微凸體的振動激勵作用是寬頻的“白噪聲”激勵，在頻譜圖上表現(xiàn)為“白噪聲”。金屬微凸體振動激勵的隨機高頻帶極寬，往往會引發(fā)接觸副固有頻率共振，在頻譜圖上表現(xiàn)為軸承零件的故障頻率或其倍頻。
加速度為0～5000 Hz 有效值，采集線數(shù)3200 線；加速度為0～10 000 Hz 有效值，采集線數(shù)6400 線；包絡(luò)為0～10 000 Hz有效值，采集線數(shù)6400 線；正常運轉(zhuǎn)時振動加速度＜12 mm/s2，振動速度＜2.1 mm/s，包絡(luò)＜10 gIE。
2 故障分析及處理措施
2.1 凝結(jié)水泵振動趨勢分析
每周巡檢BH550 采集數(shù)據(jù)趨勢圖（圖1）可見凝結(jié)水泵聯(lián)軸器端水平振動加速度值從2018 年12 月19 日（10.74 mm/s2）至2019 年3 月18 日（21.87 mm/s2）呈逐步上升趨勢，達到正常運行值的2 倍左右。
2.2 凝結(jié)水泵速度頻譜圖分析
包絡(luò)頻譜圖（圖2）中故障沖擊頻率峰值與滾動軸承零件內(nèi)圈缺陷頻率的1×（148.38 gIE）、2×（298.44 gIE）、4×（596.88 gIE）和7×（892.19 gIE）頻相重合。
2.3 凝結(jié)水泵加速度頻譜圖分析
加速度頻譜圖（圖3）中故障沖擊頻率峰值與滾動軸承零件內(nèi)圈缺陷頻率的1×（148.44 Hz）、2×（298.44 Hz）、4×（596.88 Hz）和7×（892.19 Hz）倍頻相重合。且在高頻區(qū)的3000～5000 Hz 和7000～9000 Hz 均出現(xiàn)大量隨機高頻并伴有“白底噪”抬升現(xiàn)象。
2.4 綜合分析
凝結(jié)水泵使用脂潤滑潤滑，長期運行后軸承磨損鐵屑混入潤滑脂內(nèi)使?jié)櫥冑|(zhì)，變質(zhì)的潤滑脂油膜無法達到凝結(jié)水泵運行需要的膜厚比，出現(xiàn)潤滑不良現(xiàn)象。潤滑不良引起隨機激勵強迫振動，主要激勵源是大量無序隨機的凸點碰擦，在摩擦副上表現(xiàn)為無序碰擦形成的隨機激勵頻率。金屬微凸體的振動激勵作用是寬頻的“白噪聲”激勵，在頻譜圖上表現(xiàn)為“白噪聲”。金屬微凸體振動激勵的隨機高頻帶極寬，往往會引發(fā)接觸副固有頻率共振，在頻譜圖上表現(xiàn)為軸承零件的故障頻率或其倍頻。
圖1 凝結(jié)水泵振動趨勢
圖2 凝結(jié)水泵包絡(luò)頻譜
圖3 凝結(jié)水泵加速度頻譜
當(dāng)發(fā)生軸承潤滑副金屬微凸體的振動激勵時，部分凸點劃破油膜相互接觸，此時的載荷量由油膜和接觸金屬微凸體共同承擔(dān)。在振動加速度和包絡(luò)頻譜上表現(xiàn)為高頻區(qū)域的“白噪聲”，且“白噪聲”所處高頻區(qū)越高，表明屬微凸體的振動激勵故障越早期，軸承故障處于第一或第二階段。傳統(tǒng)診斷手段表現(xiàn)為溫度正常但噪聲和振動加速度總量略增大，振動速度總量較小。日常巡檢振動速度采集區(qū)域一般集中在2000 Hz 以下，當(dāng)振動速度值有響應(yīng)時，表明微凸體的振動激勵故障已經(jīng)集中到2000 Hz 以下，即在頻譜圖上表現(xiàn)為軸承故障頻率尖峰值占優(yōu)勢。低頻區(qū)“白噪聲”顯著提高，說明軸承故障已經(jīng)處于必須檢修更換的第三或第四階段，傳統(tǒng)診斷手段表現(xiàn)為溫度明顯升高且可以聽到噪聲，振動加速度總量略大增或已經(jīng)減小，振動速度總量明顯增加。
2.5 處理措施
更換軸承箱內(nèi)潤滑脂。凝結(jié)水泵過濾網(wǎng)檢修前后對比見圖4。
3 檢修后驗證
3.1 速度頻譜圖驗證
檢修后，由凝結(jié)水泵速度頻譜圖（圖5）可以看出軸承內(nèi)圈沖擊頻率峰值均有降低。檢修前高頻范圍內(nèi)出現(xiàn)的隨機寬帶能量譜和少量離散頻率分量“白噪聲”抬升現(xiàn)象均大幅降低，2000～5000 Hz 降幅最為明顯。
3.2 加速度頻譜圖驗證
檢修后，由凝結(jié)水泵加速度頻譜圖（圖6）可以看出軸承內(nèi)圈故障頻率峰值均有降低。檢修前，高頻范圍內(nèi)出現(xiàn)的隨機寬帶能量譜和少量離散頻率分量“白噪聲”抬升現(xiàn)象均大幅降低，3000～9000 Hz 降幅最為明顯。
4 結(jié)語
軸承潤滑不良是機泵常見故障之一。凝結(jié)水泵以往采用人工巡檢采集振動速度和溫度的監(jiān)測方式，當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動速度和溫度出現(xiàn)上升時，軸承故障已進入第三或第四階段運行，必須停機檢修更換，這將大大縮短滾動軸承壽命。通過潤換狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的應(yīng)用，采集振動加速度和包絡(luò)的監(jiān)測手段，在軸承故障處于第二階段時就能及時發(fā)現(xiàn)故障原因，推進了復(fù)雜工況下的預(yù)知性維修和精準(zhǔn)性維修，減少事故給設(shè)備和裝置造成的損害和損失。在設(shè)備維修上實現(xiàn)MTBR（平均修復(fù)時間）和MTBF（平均無故障時間）的雙降，在維護上實現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)長周期可靠運行。
2.5 處理措施
更換軸承箱內(nèi)潤滑脂。凝結(jié)水泵過濾網(wǎng)檢修前后對比見圖4。
3 檢修后驗證
3.1 速度頻譜圖驗證
檢修后，由凝結(jié)水泵速度頻譜圖（圖5）可以看出軸承內(nèi)圈沖擊頻率峰值均有降低。檢修前高頻范圍內(nèi)出現(xiàn)的隨機寬帶能量譜和少量離散頻率分量“白噪聲”抬升現(xiàn)象均大幅降低，2000～5000 Hz 降幅最為明顯。
3.2 加速度頻譜圖驗證
檢修后，由凝結(jié)水泵加速度頻譜圖（圖6）可以看出軸承內(nèi)圈故障頻率峰值均有降低。檢修前，高頻范圍內(nèi)出現(xiàn)的隨機寬帶能量譜和少量離散頻率分量“白噪聲”抬升現(xiàn)象均大幅降低，3000～9000 Hz 降幅最為明顯。
4 結(jié)語
軸承潤滑不良是機泵常見故障之一。凝結(jié)水泵以往采用人工巡檢采集振動速度和溫度的監(jiān)測方式，當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動速度和溫度出現(xiàn)上升時，軸承故障已進入第三或第四階段運行，必須停機檢修更換，這將大大縮短滾動軸承壽命。通過潤換狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的應(yīng)用，采集振動加速度和包絡(luò)的監(jiān)測手段，在軸承故障處于第二階段時就能及時發(fā)現(xiàn)故障原因，推進了復(fù)雜工況下的預(yù)知性維修和精準(zhǔn)性維修，減少事故給設(shè)備和裝置造成的損害和損失。在設(shè)備維修上實現(xiàn)MTBR（平均修復(fù)時間）和MTBF（平均無故障時間）的雙降，在維護上實現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)長周期可靠運行。
圖4 凝結(jié)水泵過濾網(wǎng)檢修前后
圖5 凝結(jié)水泵包絡(luò)頻譜比較
圖6 凝結(jié)水泵加速度頻譜比較
（來源：超級石化）