姚新华　何耀辉
（中海油深圳分公司惠州油田）

　　摘　要：应用冲击脉冲法和振动频谱分析诊断滚动轴承振动故障所在，有针对地采取措施消除了故障。
　　关键词：滚动轴承；冲击脉冲法；振动频谱分析
　　一、概述
　　现场对用电机作原动力带动泵的振动检测，通常是将电机与泵脱离，然后单独测试，初步判断故障是否来自于电机端，但电机脱开联轴器后处于非负载状态，有些振动症状无法表现出来，即便能感觉到振动，也不是真实情况下的振动烈度。同时，单凭人工判断，无法给出具体故障来源，只能将电机或泵送修，大大增加了维修成本，同时影响正常的生产，导致不必要的损失。
　　滚动轴承故障诊断原始的方法是将听音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。滚动轴承产生的冲击脉冲信号不同于一般机器的振动信号，它的振动信号频率范围很宽，信噪比很低，信号传递路径上的衰减量大，提取它的特征信息必须采用一些特殊的检测技术和处理方法。冲击脉冲法就是诸多方法中的一种，既快速、简单又准确，再结合其他的振动诊断技术，就可较准确地判断出轴承故障了。
　　冲击脉冲法可在轴承正常工作下测定轴承的状况而不受机械的原始设计、大小、振动或噪声的影响，其仪器在测试时能排除机器和轴承本身的振动影响，直接判断轴承的状态和寿命。并能早期发现和识别滚动轴承因制造不良、装配不良、润滑不良及使用中旋转面产生伤痕等与轴承寿命有关的异常原因、劣化程度和发展趋势。通过冲击脉冲传感器检测振动值进行FFT分析，得出轴承的振动频率，据此可判断轴承状态。冲击脉冲值dBm、dBc以分贝为单位，dBm是在时间窗中Z大的冲击脉冲值，代表滚动轴承的Z大损坏程度；dBc代表轴承的润滑情况，通过这两个数据能够直观判断轴承存在的是自身或润滑问题。
　　轴承故障频率评定参数包括外环故障频率（BPFO）、内环故障频率（BPFI）、保持架故障频率（FTF）和滚动体故障频率（BSF），只要知道滚动轴承实际尺寸及转速，通过冲击脉冲仪器就可以读出这些故障频率数据，但为确认是否有其他原因导致，一般在实际故障诊断中还结合测量轴承的水平、垂直、轴向三个方向的振动频谱，进行振动分析来确定问题所在。下面的实例中就应用了EVAM软件进行谱频分析，只需要在该软件的故障征兆选单中选择轴承损坏，即可实时测量显示出轴承各故障频率值。
　　二、滚动轴承故障诊断实例
　　中海油深圳分公司某油田的2021原油外输管线泵在2010年5月28日更换电机后出现较大振动，现场人员通过脱开电机和管线泵，单独运转电机时发现有轻微振动，但不明显，无法准确判断振动来源，故而不可能盲目的拆掉设备送陆地检修，但由于该设备用于原油输送，一旦因故障引起火灾，后果不堪设想，因此必须及时诊断出问题来源。
　　通过冲击脉冲法测量了电机驱动端轴承（型号6216、转速3575r/min、60Hz、空载）处振动情况，振动频谱如图1所示，冲击脉冲值（dBm/dBc=11/0）较小，由于该轴承空载时基本不受力，故空载时的冲击脉冲值较小不能反映负载受力时的情况，负载时冲击脉冲值会更大；冲击脉冲频谱中存在明显的轴承外圈故障频率（BPFO）及轴承内圈故障频率（BPFI）的信号及其高次谐波，并且外圈故障频率值较大，问题应该是在轴承外圈处，但该轴承为新换，这就令人感到不解。又测量了该处水平方向振动速度有效值分别为1.64mm/s和2.38mm/s，虽然不大，但频谱中都出现有60Hz振动频率及其谐波，同时还出现305.625Hz的振动频率，该频率为轴承外圈故障频率（图2）。接着又测量了垂直方向振动速度有效值为7.76mm/s，振动较大，频谱中振动幅值较高的频率成分主要为305.625Hz（图3），进一步说明电机驱动端轴承存在问题。

　　同时还测量了电机非驱动端轴承状况，冲击脉冲值dBm/dBc=10/2，软件显示绿色状态，润滑良好，轴承水平方向振动有效值分别为1.5m/s和2.10mm/s，垂直方向振动有效值为1.34mm/s，均不高。
　　综合以上分析认为2021管线泵电机驱动端垂直方向振动较大，垂直方向振动频谱中主要为轴承外圈信号，冲击脉冲频谱中同时出现有明显的轴承外圈、内圈信号及其高次谐波，说明该轴承存在问题，主要是轴承外圈，还有可能存在安装不良、轴承磨损或轴承间隙过大引起的松动。
　　三、拆解结果及处理效果
　　拆解结果发现电机驱动端轴承座内孔失圆并且带一定的锥度，电机转动时不带负载振动不明显，当有较大转矩时，电机驱动端轴承跑外圈很严重，导致转子不平衡，引起比较明显的振动，尤其是垂直方向的振动。

　　修补电机驱动端轴承座内孔后，再运行电机测得振动数据正常，说明上述通过测试和分析诊断得出的结论与实际情况相符。表1列出了故障前后振动数据对比，表中脉冲值是通过测量值与参考值的比值取对数而得到的，负值越大说明实际测量的值越小于参考值，测量值为负数说明轴承实际状况良好。

 来源：《设备管理与维修》2011年第2期