水泵轴承故障案例分析
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摘 要: 通过振动信号采集、分析、查找水泵异常振动故障，并加以解决，为制氧机组安全、可靠、稳定运行提供保障。 关键词: 水泵; 轴承振动; 信号分析; 频谱; 故障 中图分类号: TH133． 33 文献标识码: B 文章编号: 1672 － 9994( 2012) 01 － 0035 － 04
辅助设备水泵在制氧机组的运行中担负着不 可替代的重要作用，水泵装置工作的好坏，直接影 响制氧机组的安全运行。
XU Jian，LU Shan
Abstract: Through vibration signal acquisition，analysis，find the pump abnormal vibration fault，and try to solve，as the oxygen manufacture equipment，reliable，stable operation of protection．
位置 V H A
1( 底脚) 0． 85 0． 71 0． 36
2 2． 53 1． 98 3． 2
3 7． 6 9． 59 8． 22
4 6． 2 11． 93 13． 1
2012 年第 1 期
图 2 WP1103 水泵轴承保持架通过频率谱图 表 2 WP1103 水泵轴承保持架通过频率和幅值
序号 1 2 3 4
例分析如下。
1 案例一
故障小水泵工作参数如下。 电机功率: N = 75kW 转速: n = 2975 rpm 流量: Q = 13． 3m3 / min 扬程: H = 125m 2007 年 5 月 24 日上午点检标准化作业时，测 得( WP1103) 水泵振动异常( 见表 1) 。 水泵负载侧 4A 振动值达 13． 1 mm / s( 见图 2、 表 2) ，FTFI7． 5Hz 振幅为 4． 09 mm / s，保持架通过 频率较明显，且低频信号集中，我们认为滚动体松 动或磨损增大，造成轴向振动数值较前期运行平稳 时有显著增长。故障频率特征比较好确定，我们安 排检修更换轴承，检修检查发现轴承长期磨损，造 成保持架间隙变大产生松动，故障判断同检修结果 基本吻合。
和专检工作到位、判断准确，检修及时，没有造成重 该泵负载侧外圈或保持架可能存在缺陷，随即停机
大设备事故。
表 4 2#水泵振动频率和幅值
检修。检修人员将该泵解体检查，发现负载侧轴承 外圈有三处不规则裂纹、保持架断裂数段，基本证
序号 1 2 3 4
频率( Hz) 25． 0 50． 0 75． 0 150． 0
Key words: water pump ; bearing vibration ; signal analysis; frequency spectrum; fault
频率( Hz) 7． 5 11． 3 17． 5 27． 5
幅值( mm / s) 4． 09 3． 88 2． 39 1． 71
图 3 检修后的 WP1103 水泵轴承保持架通过频率谱图
图 4 检修后的 WP1103 水泵轴承保持架通过频率局部放大谱图
局部放大检修后的功率谱图 4 保持架通过频 着下降( 见检修后的图 3、图 4、表 3) ，该水泵运转
参考文献
［1］ 王肇琪等． 滚动轴承故障的振动监测方法［J］． 有色 矿山，1999． 1
［2］ 王峰． 滚动轴承故障特征的提取和优化［C］． 西安: 西 安交通大学硕士论文，2002
［3］ 章小纬． 水泵机组中滚动轴承的振动测试与故障诊 断［J］． 上海水务，2002． 3
Cases Analysis of Bearing Faults of Water Pump
第 22 卷第 1 期 2012 年 1 月
安徽冶金科技职业学院学报 Journal of Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology
Vol． 22． No． 1 Jan． 2012
水泵轴承故障案例分析
徐 健，卢 山
( 马钢气体销售分公司 安徽马鞍山 243000)
幅值( mm / s) 9． 35 6． 22 2． 88 2． 52
实了诊断人员的判断。这种利用检测仪器数据分 析对比的方法能够提前发现和及时预报故障，避免 了整台水泵故障的扩大化，既节约了成本，提高了 工作效率，也延长了设备的运行周期。
该水泵自 2003 年 7 月投入生产以来，由于轴 承装配不当和水泵整个系统安装质量等多方面问 题，造成电机基础振动大，水泵轴承在短期内振动 加剧、叶轮磨损加大、转轴扭力变形，甚至在 2004 年 5 月发生水泵泵轴断裂的故障，严重影响二万制 氧机组正常、安全运行。为此，设备专业点检人员 对该水泵实行重点监测。2007 年 3 月 6 日点检员 对该泵进行日常巡检时用 701 频谱数采器对水泵
收稿日期: 2011 － 12 － 10 作者简介: 徐健( 1972 － ) ，男，马钢气体销售公司。
图 1 WP1103 水泵布置图
·36·
安徽冶金科技职业学院学报
表 1 WP1103 水泵各测点振动值
测试时间 2007 年 5 月 24 日 2007 年 5 月 24 日 2007 年 5 月 24 日
制氧系统常用的水泵有氮水泵、冷却水泵、常 温水泵、提升水泵等，根据功率、效率、扬程、流量等 的不同，决定各水泵工作状态的不同。马钢气体销 售分公司有大小水泵近 50 台，我们专检除对大型 制氧机机组进行监测外，还用大量的时间和精力对 水泵测试，水泵的故障基本上能通过五感和读频谱 的方法判断出来。
滚动轴承是水泵的重要部件，滚动轴承损坏占 水泵故障的 70% 以上。滚动轴承的故障表现滚珠 和滚道 表 面 剥 落、凹 痕、破 裂、润 滑 不 良、腐 蚀、过 载、磨损和异物侵入等，产生原因包括安装不当、对 中不好、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑或密封失 效、负载不合适以及制造缺陷，最终会造成滚动体 或滚道表面产生剥落坑，并且向大片剥落等情况发 展，导致内圈、外圈、保持架、滚动体损坏，最终使轴 承失效。现将工作中遇到的多起水泵轴承故障案
率 7． 5Hz 处的振动幅值只有 0． 02( mm / s) 。
恢复正常。通过更换滚动轴承，消除了隐患缺陷，
检修后，对水泵进行数据采集，发现保持架通 日常检修达到了目的。
过频率幅值大幅度降低，水泵其它的振动频率也随
总第 55 期
徐健，卢山: 水泵轴承故障案例分析
Baidu Nhomakorabea·37·
表 3 检修后的 WP1103 水泵振动频率和幅值
幅很大，BPFO 也显示异常，即安排停机检修更换 增大。接着连续三天对该泵密切跟踪观察。9 日
轴承。
在 3、4 检测点采集振动数据时，振动值较前几天明
拆卸水泵发现轴承损坏，保持架已经断成几 显增大，并伴有波动现象，轴承出现“哽、哽、”的声
截，滚珠已缺损，外圈有裂纹。由于运行岗位巡检 音，通过数据对比分析和异常声音参照，初步判断
序号 1 2 3 4
频率( Hz) 298． 8 50． 0 100． 0 347． 5
幅值( mm / s) 0． 73 0． 51 0． 25 0． 11
2 案例二
2007 年 1 月 12 日凌晨 6: 00 运行人员巡检发 现，某制氧机组 WP1104 水泵油窥视镜脱落，地下 有一大滩油迹，窥视镜有一处烫化的痕迹，在牙扣 底部有一长约 1． 5cm 的裂缝。观察泵体，在两端 轴承端盖处，油漆有起皮剥落迹象，靠背轮侧有过 热现象。水泵当时已经采取紧停，接到调度指令点 检员到达现场已无法采集数据。安排对水泵解体 后发现水泵叶轮侧轴承滚珠及保持架几乎全部烧 坏，保持架已烧散了，滚动轴承的外滚道( 圈) 烧得 局部发蓝严重，叶轮背测轴承积炭严重，轴承端盖 出现裂纹。这起故障是因为轴承缺油造成轴承瞬 间过热，热量传递至泵体，当达到一定温度后，窥视 镜高温熔化，油从窥视孔流出，从缺油而烧损滚动 轴承。图 5 为润滑不良，造成轴承损坏。
图 6 2#水泵振动频谱图
·38·
安徽冶金科技职业学院学报
2012 年第 1 期
图 7 2#水泵振动频谱局部放大图
我们认为保持架通过频率、滚动体通过频率、 轴承 3、4 点进行振动值数据采集，发现水泵负载侧
外圈通过频率故障特征频率特别明显，即 FTFI 振 轴承振动值偏高、声音有点异常、且电机电流相应
图 5 润滑不良造成轴承损坏图
3 案例三
350S—75 型单级双吸、卧式中开离心水泵担 负马钢气体销售分公司两万制氧机和三万五制氧 机组的二 号 氮 压 机、二 液 化 站 等 的 冷 却 水 供 水 重 任。
350S—75 型水泵工作参数如下。 电机功率: N = 360 kW 轴功率: N1 = 304 kW 转速: n = 1450 rpm 流量: Q = 21 m3 / min 扬程: H = 70 m 水泵叶轮经过静平衡检验，用轴套和两侧的轴 套螺母固定，其轴向位置可以通过轴套螺母进行调 整，叶轮的 轴 向 力 利 用 其 叶 片 的 对 称 布 置 达 到 平 衡，一些剩余轴向力则由轴端的轴承承受。水泵轴 由两个单列向心球轴承支承，轴承装在泵体两端的 轴承壳内，用黄油润滑。水泵通过弹性联轴器与电 动机直接传动，两联轴器外圆上的不同心度允差为 0． 1mm，端 面 间 隙 沿 圆 周 的 不 均 匀 度 允 差 为0． 3 mm。 该泵自 2003 年 7 月投产以来，运行一直不平 稳，曾发生断轴事故。2007 年 3 月 8 日点检时发 现 2#水泵噪声大，用测振仪对其进行振动信号采 集( 见表 4、图 6、图 7) ，数值波动大，最大 3H 位置 振动数值达 22 mm / s。 注: FTFI 保持架通过频率; BSF 滚动体通过频 率; BPFO 外圈通过频率。
辅助设备水泵在制氧机组的运行中担负着不 可替代的重要作用，水泵装置工作的好坏，直接影 响制氧机组的安全运行。
XU Jian，LU Shan
Abstract: Through vibration signal acquisition，analysis，find the pump abnormal vibration fault，and try to solve，as the oxygen manufacture equipment，reliable，stable operation of protection．
位置 V H A
1( 底脚) 0． 85 0． 71 0． 36
2 2． 53 1． 98 3． 2
3 7． 6 9． 59 8． 22
4 6． 2 11． 93 13． 1
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图 2 WP1103 水泵轴承保持架通过频率谱图 表 2 WP1103 水泵轴承保持架通过频率和幅值
序号 1 2 3 4
例分析如下。
1 案例一
故障小水泵工作参数如下。 电机功率: N = 75kW 转速: n = 2975 rpm 流量: Q = 13． 3m3 / min 扬程: H = 125m 2007 年 5 月 24 日上午点检标准化作业时，测 得( WP1103) 水泵振动异常( 见表 1) 。 水泵负载侧 4A 振动值达 13． 1 mm / s( 见图 2、 表 2) ，FTFI7． 5Hz 振幅为 4． 09 mm / s，保持架通过 频率较明显，且低频信号集中，我们认为滚动体松 动或磨损增大，造成轴向振动数值较前期运行平稳 时有显著增长。故障频率特征比较好确定，我们安 排检修更换轴承，检修检查发现轴承长期磨损，造 成保持架间隙变大产生松动，故障判断同检修结果 基本吻合。
和专检工作到位、判断准确，检修及时，没有造成重 该泵负载侧外圈或保持架可能存在缺陷，随即停机
大设备事故。
表 4 2#水泵振动频率和幅值
检修。检修人员将该泵解体检查，发现负载侧轴承 外圈有三处不规则裂纹、保持架断裂数段，基本证
序号 1 2 3 4
频率( Hz) 25． 0 50． 0 75． 0 150． 0
Key words: water pump ; bearing vibration ; signal analysis; frequency spectrum; fault
频率( Hz) 7． 5 11． 3 17． 5 27． 5
幅值( mm / s) 4． 09 3． 88 2． 39 1． 71
图 3 检修后的 WP1103 水泵轴承保持架通过频率谱图
图 4 检修后的 WP1103 水泵轴承保持架通过频率局部放大谱图
局部放大检修后的功率谱图 4 保持架通过频 着下降( 见检修后的图 3、图 4、表 3) ，该水泵运转
参考文献
［1］ 王肇琪等． 滚动轴承故障的振动监测方法［J］． 有色 矿山，1999． 1
［2］ 王峰． 滚动轴承故障特征的提取和优化［C］． 西安: 西 安交通大学硕士论文，2002
［3］ 章小纬． 水泵机组中滚动轴承的振动测试与故障诊 断［J］． 上海水务，2002． 3
Cases Analysis of Bearing Faults of Water Pump
第 22 卷第 1 期 2012 年 1 月
安徽冶金科技职业学院学报 Journal of Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology
Vol． 22． No． 1 Jan． 2012
水泵轴承故障案例分析
徐 健，卢 山
( 马钢气体销售分公司 安徽马鞍山 243000)
幅值( mm / s) 9． 35 6． 22 2． 88 2． 52
实了诊断人员的判断。这种利用检测仪器数据分 析对比的方法能够提前发现和及时预报故障，避免 了整台水泵故障的扩大化，既节约了成本，提高了 工作效率，也延长了设备的运行周期。
该水泵自 2003 年 7 月投入生产以来，由于轴 承装配不当和水泵整个系统安装质量等多方面问 题，造成电机基础振动大，水泵轴承在短期内振动 加剧、叶轮磨损加大、转轴扭力变形，甚至在 2004 年 5 月发生水泵泵轴断裂的故障，严重影响二万制 氧机组正常、安全运行。为此，设备专业点检人员 对该水泵实行重点监测。2007 年 3 月 6 日点检员 对该泵进行日常巡检时用 701 频谱数采器对水泵
收稿日期: 2011 － 12 － 10 作者简介: 徐健( 1972 － ) ，男，马钢气体销售公司。
图 1 WP1103 水泵布置图
·36·
安徽冶金科技职业学院学报
表 1 WP1103 水泵各测点振动值
测试时间 2007 年 5 月 24 日 2007 年 5 月 24 日 2007 年 5 月 24 日
制氧系统常用的水泵有氮水泵、冷却水泵、常 温水泵、提升水泵等，根据功率、效率、扬程、流量等 的不同，决定各水泵工作状态的不同。马钢气体销 售分公司有大小水泵近 50 台，我们专检除对大型 制氧机机组进行监测外，还用大量的时间和精力对 水泵测试，水泵的故障基本上能通过五感和读频谱 的方法判断出来。
滚动轴承是水泵的重要部件，滚动轴承损坏占 水泵故障的 70% 以上。滚动轴承的故障表现滚珠 和滚道 表 面 剥 落、凹 痕、破 裂、润 滑 不 良、腐 蚀、过 载、磨损和异物侵入等，产生原因包括安装不当、对 中不好、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑或密封失 效、负载不合适以及制造缺陷，最终会造成滚动体 或滚道表面产生剥落坑，并且向大片剥落等情况发 展，导致内圈、外圈、保持架、滚动体损坏，最终使轴 承失效。现将工作中遇到的多起水泵轴承故障案
率 7． 5Hz 处的振动幅值只有 0． 02( mm / s) 。
恢复正常。通过更换滚动轴承，消除了隐患缺陷，
检修后，对水泵进行数据采集，发现保持架通 日常检修达到了目的。
过频率幅值大幅度降低，水泵其它的振动频率也随
总第 55 期
徐健，卢山: 水泵轴承故障案例分析
Baidu Nhomakorabea·37·
表 3 检修后的 WP1103 水泵振动频率和幅值
幅很大，BPFO 也显示异常，即安排停机检修更换 增大。接着连续三天对该泵密切跟踪观察。9 日
轴承。
在 3、4 检测点采集振动数据时，振动值较前几天明
拆卸水泵发现轴承损坏，保持架已经断成几 显增大，并伴有波动现象，轴承出现“哽、哽、”的声
截，滚珠已缺损，外圈有裂纹。由于运行岗位巡检 音，通过数据对比分析和异常声音参照，初步判断
序号 1 2 3 4
频率( Hz) 298． 8 50． 0 100． 0 347． 5
幅值( mm / s) 0． 73 0． 51 0． 25 0． 11
2 案例二
2007 年 1 月 12 日凌晨 6: 00 运行人员巡检发 现，某制氧机组 WP1104 水泵油窥视镜脱落，地下 有一大滩油迹，窥视镜有一处烫化的痕迹，在牙扣 底部有一长约 1． 5cm 的裂缝。观察泵体，在两端 轴承端盖处，油漆有起皮剥落迹象，靠背轮侧有过 热现象。水泵当时已经采取紧停，接到调度指令点 检员到达现场已无法采集数据。安排对水泵解体 后发现水泵叶轮侧轴承滚珠及保持架几乎全部烧 坏，保持架已烧散了，滚动轴承的外滚道( 圈) 烧得 局部发蓝严重，叶轮背测轴承积炭严重，轴承端盖 出现裂纹。这起故障是因为轴承缺油造成轴承瞬 间过热，热量传递至泵体，当达到一定温度后，窥视 镜高温熔化，油从窥视孔流出，从缺油而烧损滚动 轴承。图 5 为润滑不良，造成轴承损坏。
图 6 2#水泵振动频谱图
·38·
安徽冶金科技职业学院学报
2012 年第 1 期
图 7 2#水泵振动频谱局部放大图
我们认为保持架通过频率、滚动体通过频率、 轴承 3、4 点进行振动值数据采集，发现水泵负载侧
外圈通过频率故障特征频率特别明显，即 FTFI 振 轴承振动值偏高、声音有点异常、且电机电流相应
图 5 润滑不良造成轴承损坏图
3 案例三
350S—75 型单级双吸、卧式中开离心水泵担 负马钢气体销售分公司两万制氧机和三万五制氧 机组的二 号 氮 压 机、二 液 化 站 等 的 冷 却 水 供 水 重 任。
350S—75 型水泵工作参数如下。 电机功率: N = 360 kW 轴功率: N1 = 304 kW 转速: n = 1450 rpm 流量: Q = 21 m3 / min 扬程: H = 70 m 水泵叶轮经过静平衡检验，用轴套和两侧的轴 套螺母固定，其轴向位置可以通过轴套螺母进行调 整，叶轮的 轴 向 力 利 用 其 叶 片 的 对 称 布 置 达 到 平 衡，一些剩余轴向力则由轴端的轴承承受。水泵轴 由两个单列向心球轴承支承，轴承装在泵体两端的 轴承壳内，用黄油润滑。水泵通过弹性联轴器与电 动机直接传动，两联轴器外圆上的不同心度允差为 0． 1mm，端 面 间 隙 沿 圆 周 的 不 均 匀 度 允 差 为0． 3 mm。 该泵自 2003 年 7 月投产以来，运行一直不平 稳，曾发生断轴事故。2007 年 3 月 8 日点检时发 现 2#水泵噪声大，用测振仪对其进行振动信号采 集( 见表 4、图 6、图 7) ，数值波动大，最大 3H 位置 振动数值达 22 mm / s。 注: FTFI 保持架通过频率; BSF 滚动体通过频 率; BPFO 外圈通过频率。