薛启峰 郭青年
（中国铝业山西分公司 氧化铝四分厂，山西河津 043304）
摘 要：通过状态监测发现真空泵减速机状态劣化趋势，利用MRS2.0网络化设备状态点检管理系统提供的分析工具，经诊断分析，判断减速机输入轴承存在故障；解体检修验证判断的正确性。更换轴承后，机组恢复正常状态。
关键词：真空泵；滚动轴承通过频率；包络；劣化
0 概述
真空泵是氧化铝生产中保证平盘过滤机正常生产的重要设备，平盘过滤机利用液封槽在过滤机盘面形成母液区、弱滤液区、强滤液区及烘干区，完成氢氧化铝料浆的分离过程，同时控制过滤后氢氧化铝的水分。2003年11月，真空泵减速机的轴承损坏，使得轴承外圈在轴承座中转动，导致减速机机壳损坏，经检修仍然无法正常运行，更换减速机后运行正常。自2007年7月以来，真空泵振动和噪音逐渐增加，为查找其原因，使用了上海容知测控技术有限公司的RH701G精密点检仪，对该真空泵的电机、减速机、泵体输入端轴承进行检测，并使用软件提供的趋势、频谱、包络、瀑布图等工具，对网络化设备状态点检管理系统所提供的轴承元件故障特征信息进行分析，进而得出减速机输入轴轴承严重损坏的结论。
1 真空泵机组情况
真空泵机组由电机、减速机、泵体组成，采用刚性基础安装，所有支承为滚动轴承，采用油脂润滑。
真空泵型号为：CBF610-2BG3，转速：298r/min，供水量：13~32m3/h；
电机型号为：YKK4004-4，转速：1480r/min。减速机型号为：1C315N，传动比为：5.08：1。
为了检测真空泵机组的振动及温度等参数，在电机输出端、减速机输入端和输出端、泵体前、后的轴承位置布置了振动测点（见图1）。
2 真空泵机组故障状态分析
2.1 状态判断
自2007年6月起对真空泵机组各测点的振动进行检测，7月下旬后真空泵的振动和噪音明显增加，8月8日出现振动异常（见表1）。
注：由于减速机输入端垂直方向振动偏大，超出测量范围未测到数据；轴向因位置原因无法测量，故选用减速机输入端的水平方向作为本次分析的基础。
根据ISO 10816-3振动监测标准，振动速度正常有效值应小于2.3mm/s，表1的检测数据表明，真空泵机组各测点的振动值均高于标准值。
减速机输入端的水平速度有效值趋势图表明（见图2），检测的开始阶段，减速机输入端水平速度值较小（约3.5mm/s）；7月下旬后振动速度值增大，8月8日振动速度值急剧增加，达到4.80mm/s。据此，判断减速机处于加速劣化趋势状态，需立即作进一步分析，以确定故障部位及程度。
2.2 故障分析
由减速机输入端水平速度瀑布图可知（见图3），振动值上升主要为153Hz和其倍频成分，以及少量高速轴转频边带，故判断故障部位位于减速机高速轴上。
图4为减速机输入端水平速度对比多频谱图，采集信号为1600线速度频谱，采样频段为2~1000Hz，实际运行转速为1485r/min。频谱间存在差异，即在8月8日频谱中，在400~900Hz之间出现了明显的153Hz倍频异常信号。
轴承和齿轮的信号主要表现在高频上，而加速度对检测高频振动非常有效，故对减速机输入端水平的加速度信号进行频谱分析（见图5）。在频率为2~5000Hz的加速度频谱上，2000~4000Hz范围内明显地出现了峰丘状边频带，这一范围是轴承元件的固有频率区间，据此，判断轴承元件可能出现故障。
包络解调通常用于具有滚动轴承的轴组件振动分析，它是利用轴承或检测系统作为谐振体，将故障冲击产生的高频共振响应波放大，通过包络检波方法变为具有故障特征的低频波形，然后采用频谱分析法找到故障频率，从而确定故障[1]。
为了进一步确定发生故障的部件，对减速机输入端水平加速度信号进行包络解调分析（见图6）。图6表明存在153.125Hz及其倍频，经计算可知，此频率为减速机输入轴轴承外圈的通过频率。
当轴承外滚道产生损伤（如剥落、裂纹、点蚀等）时，在滚动体通过时亦会产生冲击振动。由于点蚀的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以这时不存在振幅调制情况，振动频率为滚动体通过外圈的特征频率153.125Hz。
综上分析，判断输入轴轴承元件可能已经损坏，且损坏情况严重。须立即对减速机进行解体检修。
3 故障处理后的效果
减速机解体后发现，输入轴轴承损坏严重，内外圈磨损、滚珠蚀点较多。二轴齿轮有一齿轮断裂损坏。
图7分别表明减速机高速轴靠电机侧轴承外圈、滚动体和输出齿轮轴的损坏情况，从图7a、b看出轴承问题较严重；图7c显示齿轮有一处断齿。
齿轮的局部缺陷反映在时域波形上有明显的转速冲击特征，但与频谱比较可知，并未在齿轮啮合频率620Hz处发现异常情况。通过查阅资料，曾有过这样的案例，齿轮轮齿局部折断、崩裂后初期，冲击信号显著，随着运行时间的延长，磨损使得缺陷区域边缘不再承载，Z终冲击逐渐减弱[2]。本次检测中未能发现因齿轮断齿而产生的冲击信号，即表明齿轮断齿发生在检测之前。
根据解体后的情况，更换了一、二轴齿轮及轴承。试车后运行正常。
4 结语
本次轴承故障诊断和及时检修，避免了真空泵机组运行状况的进一步恶化，也避免了轴承抱轴等恶性事故的发生。
设备运行的信号和分析具有复杂性（如上述齿轮的局部缺陷），并非进行一次振动检测就可以判定问题所在，因而长周期的定期检测是必须的。将状态监测和诊断结合起来，方可Z大发挥点检管理系统作用。
参考文献
[1]陈克兴,川奇.备状态监测与故障诊断技术[M].北京:科技文献出版社,1991.
[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
来源：《有色设备》2008年第3期
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