|
|
马上注册，结识高手，享用更多资源，轻松玩转三维网社区。
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
滚动轴承在旋转机械中应用最为广泛，同时也是最易损坏的元件之一。旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机械的工作状态有很大影响，其缺陷会导致设备产生异常振动和噪声，严重时甚至损坏设备。对滚动轴承进行正确的状态监测及诊断，是现代化企业的设备优化管理及预知维修的一个重要方面。, x: r. a; ~7 H# s) s
一、滚动轴承故障发展的四个阶段
; M& }" U6 n, R2 } 对应滚动轴承的结构组成，滚动轴承有4种故障频率：滚动轴承保持架故障频率（FTF），滚动轴承滚动体故障频率（BSF），滚动轴承外圈故障频率（BPFO），滚动轴承内圈故障频率（BPFI）。对于这些轴承故障频率的求取，有专门的数学计算公式，不过在实际工作中计算比较麻烦，较方便的方法是利用专门的软件获得，如美国罗克韦尔自动化ENTEK公司的Odyssey软件中就带有该功能插件，只要输入轴承型号及生产厂家等信息，就可得到对应的各种轴承故障频率。. a- `" R* {. ^
一般把滚动轴承故障的发展分为4个阶段（图1）：
8 T" ?) u; \" j/ \6 } 第一阶段，即轴承开始出现故障的萌芽阶段，这时温度正常，噪声正常，振动速度总量及频谱正常，但尖峰能量总量及频谱有所征兆，反映轴承故障的初始阶段。这时真正的轴承故障频率出现在超声段大约20～60kHz范围。
) \1 \3 @- m# a9 ? 第二阶段，温度正常，噪声略增大，振动速度总量略增大，振动频谱变化不明显，但尖峰能量有大的增加，频谱也更加突出。这时的轴承故障频率出现在大约500Hz～2kHz范围。& n" X* l$ |) U s9 {& ^2 Y
第三阶段，温度略升高，可耳听到噪声，振动速度总量有大的增加，且振动速度频谱上清晰可见轴承故障频率及其谐波和边带，另振动速度频谱上“噪声地平”明显升高，尖峰能量总量相比第二阶段变得更大、频谱也更加突出。这时的轴承故障频率出现在大约0～1kHz范围。建议于第三阶段后期予以更换轴承，那么此时应该已经出现肉眼可以看到的磨损等滚动轴承故障特征。
k& U3 k- [: s# R$ B) o2 o; z 第四阶段，温度明显升高，噪声强度明显改变，振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动速度频谱上轴承故障频率开始消失，被更大的随机的宽带高频“噪声地平”取代；尖峰能量总量迅速增大，并可能出现一些不稳定的变化。绝不能让轴承在故障发展的第四阶段中运转，否则将可能发生灾难性破坏。% X/ T& k$ I; j5 C9 x; E/ }2 e7 Z
根据研究结果，一般的，如果滚动轴承的整个使用寿命是L10，那么从轴承安装投入使用时计起，在它的前80%L10。寿命时间段内，轴承是一切正常的。而接下来对应滚动轴承故障发展，其剩余寿命在第一阶段为10%～20%L10，第二阶段为5%～10%L10，第三阶段为1%～5%L10，第四阶段约为1h或者1%L10。因此，在实际工作中面临轴承问题时，考虑到轴承故障发展的第四阶段具有不可预见的突发危害性，建议于第三阶段后期予以更换轴承，这样既可以避免故障的扩大和更严重事故的发生，又能尽量保证滚动轴承的使用寿命，并且根据此时轴承上也已经出现肉眼可以看到的磨损、零部件损坏等滚动轴承故障特征，比较有说服力。至于轴承故障发展的第三阶段后期的识别，则需要依据上述理论特征再结合实际的温度、噪声、速度谱、尖峰能量谱、速度和尖峰能量的总量趋势及实际经验予以综合考虑。经本厂实践证明，该诊断方法行之有效，诊断的成功率较高。
( Q7 I; s* X2 I 二、诊断实例! F' v4 I2 k$ |- @& G n) j
使用美国罗克韦尔自动化ENTEK公司的 DP1500数据采集器采集现场振动数据（主要是振动速度、尖峰能量的总量和频谱），回传到计算机相应的软件，在软件中进行趋势、频谱的分析诊断。8 z& @2 ?$ b- u* _, S9 B% a$ a
1．滚动轴承外圈故障
9 N1 S4 s# H* _; w6 V+ X3 K& o 2003年6月5日在定期检测中发现4#循环水泵外侧轴承振动与前次测值相比增大很多，并已超过标准，于是对其进行进一步分析诊断。该泵电机功率250kW，转速994r/min，简支结构，外侧轴承型号为ZXN316。% J1 R; S( l/ l# h9 K W+ {: }
从图2中趋势图可看出，振动值比正常时增长了近3倍，达到了16.2mm/s，远远超过了振动标准。从频谱图可看出，在常规的0～1kHz范围内，出现了明显的轴承外圈故障频率及其2、3、4、5、6倍谐波，且每次谐波两边都有多级转速边带（在瀑布图上之前的相同位置并未出现）。结合噪声温度综合考虑判断该轴承的外圈出现故障，并已处于滚动轴承故障发展的第三阶段后期，为避免故障扩大损坏设备应该予以更换。7 ?9 T* d: d. C' b$ j6 v
0 s! o: [6 H h8 b
解体检查结果证明判断准确，外圈滚道确有严重剥落损伤，另外其内圈也损伤严重（这说明有时候频谱上反映轴承某元件有较明显的故障频率，实际检查时会发现该轴承其他元件有更严重损伤，但对于使用企业而言，主要是准确判断了滚动轴承故障，无论该轴承哪个元件有故障，其处理结果都是一样的）。, i( p g0 _) p& c- b& V
2．滚动轴承内圈故障
% s6 c b/ m8 |5 U1 F0 r 2003年6月香海热电厂2#机1#凝结水泵泵外侧轴承于运行中振动逐渐变大，并出现时有时无的异音，经过一段时间的跟踪监测，该泵振动一直呈上升趋势。该泵电机功率37kW，转速为3000r/min，悬臂结构，两轴承型号均为ZWZ6310。
# z' ?' ^9 P6 V0 x' T D 从图3中可看出振动值一直呈上升趋势，内侧轴承水平振动达到7.2mm/s，比正常时增长了近3倍，超过了振动标准。另外从外侧轴承的垂直方向尖峰能量总量趋势图（图4）上也可以看到尖峰能量也在不断上升。: L. J) Z- K$ o- A
$ q5 x. @4 B0 m/ h5 S7 T8 b 从频谱图（图5）中，可看出在常规的0～1kHz范围内，出现了明显的轴承内圈故障频率及其2、3、4倍谐波，每次谐波两边都有多级转速边带，且有一个鲜明的特点是内圈故障频率没有其倍数谐波大，倍数谐波没有其最近的转速边带大，所有的频率分量以轴承内圈故障频率的4倍谐波的右属第一条转速边带最强。结合噪声温度综合考虑判断该轴承的内圈出现故障，并已处于滚动轴承故障发展的第三阶段后期，为避免故障扩大损坏设备应该予以更换。4 @( L. i' F5 d* d G# g" S% Y& u
2 b$ l: t: S- w$ [7 v6 S0 W/ V
经检修解体检查确认，内圈滚道确有两处明显的滚动碾压剥落损伤，另外该轴承保持架上一铆钉脱落、保持架一处断裂、三个滚珠有明显大疤。事实证明判断准确，故障的起因就是保持架铆钉脱落，然后进入轴承内圈滚道碾压。
3 H' C1 ?, T$ Z. u5 W& D) T/ I3 t/ m3 B 3．滚动轴承滚动体故障
% d5 k$ |/ D0 j 2006年9月香海热电厂3#中继水泵轴承室振动噪声明显较大，水平振动达到了17.4mm/s，远超过了振动标准，垂直振动则处于不稳定状态，振动测量瞬间值有时很高。该泵电机功率160kW，转速为3000r/min，悬臂结构，泵轴承分别为ZWZ7312和ZWZ316。
. L, c2 x5 b0 V& t O7 q2 M+ [ 在常规速度频谱上并未发现明显的故障频率，在水平方向的速度频谱图（图6）上振动相对稳定，但振动总量超标达到了17.4mm/s；而在垂直方向的速度频谱（图7）上出现了低频不稳定的频谱成分，它使得振动速度和振动位移的测量值都不稳定，有时的瞬间测量值更是高得离谱，认为它是轴承内产生的一种低频摩擦，与噪声相关。在尖峰能量频谱（图8）上，则可清晰地看到了ZWZ7312轴承的滚动体故障频率和它的2、3、4、5、6多次谐波。综合考虑振动大小、噪声情况、温度变化及振动变化率等多方面因素，可以得出结论：ZWZ7312轴承的滚动体产生了损伤故障，引起了摩擦，已不适合继续运行，应停泵检查更换，以避免故障扩大。
* v, g9 X: {3 k. R6 M' ~& g9 m& Z. x! k# h6 V& i5 k3 Y# C
检修解体检查，确实是滚动体产生了较严重的损伤尊”落，经更换轴承后运行测试，振动恢复正常。
5 ]7 @( H! V& A9 ~$ Y& P 4．滚动轴承外圈松动（即跑外圈）故障 w. u6 l X2 Y* y( f# s# r9 ]
2005年11月10日在定期检测中发现2#机1#射水泵的电机轴承振动出现异常变化，并已超过振动标准，同时还伴有异音。该泵电机功率75kW，转速1500r/min，简支结构，其电机轴承型号为ZWZ6317o9 T; R* \$ r4 L9 v) L4 Q4 q# V
从该电机轴承轴向振动频谱、瀑布、趋势综合图（图9）的趋势图上可看出振动值一直呈上升趋势，达到9.4mm/s，远超过了振动标准；另外从该电机轴承水平振动尖峰能量频谱、瀑布、趋势综合图（图10）可以看到尖峰能量也出现了上升趋势。
3 U J7 y; M! K o- U+ r, l
- P0 Y) f& _7 b( [1 O% u0 R 从图9、图10频谱上，都出现了明显的多次转速谐波，这是明显的松动特征。结合噪声温度综合考虑判断该轴承出现的是外圈松动（即跑外圈）故障，根据异音程度及振动速度的有效值比较大超过振动标准，为避免故障扩大损坏设备应该予以停机检查。
+ }( X4 U) z1 [) Y) p4 D. z 经检修解体检查确认，电机内滚动轴承外圈表面有滚动创伤及滚动痕迹，对应电机端盖内表面有砂眼及台阶状滚磨痕迹，且轴承与端盖之间间隙较大充满油污。考虑到电机内端盖尺寸改变，只更换轴承是不能解决松动问题的，于是将电机端盖进行内表面喷涂加工，同时更换电机内滚动轴承。振动恢复为1.4mm/s。 |
|
发表于 2008-3-26 12:09:44