研究生--机械故障诊断学-第5章-轴承诊断

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(3)振动趋势的分析
近一年的振动值出现明显的上升，说明泵输入端即靠近联 轴器端滚动轴承状况逐渐严重。 在2月26号我们把其故障上报到作业区设备管理科，设备管 理员要求现场工作人员停机拆开设备，进行检查所报故障部位， 结果发现2#次循环泵泵输入端滚动轴承磨损严重，发出异响， 已到不能再使用地步，随后更换了新的轴承，避免了事故的发 生，保证了英买力作业区油气的安全生产。
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3 滚动轴承故障形式
滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起
损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、
腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。即使在
安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段
时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正 常工作。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂 的。
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1 磨损失效
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2、频谱诊断法
内圈频率 外圈频率
fi
1 d f a (1 cos ) Z 2 D
fo
1 d f a (1 cos ) Z 2 D
滚珠频率
d 2 D 2 f b f a (1 ( ) cos ) D d
fa—轴的旋转频率； d— 滚动体直径； D— 轴承的节径， 二滚动体中心距离 —接触角，0-37度
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(1)时域指标分析
从表中可以看出，08年8份、10月份、09年2月份泵输入端振 动越来越大，09年2月份时域指标分别与08年10月份、8月份相 比，峰峰值、绝对值、有效值、方差值、平均值逐渐增加，其 中方差值和平均值上升的幅度分别为74.7%、170.8%和545.2%、 451.6%，非常显著。
是常见失效形式，指轴承滚道、滚动体、保持架由于磨料
存在引起的磨损。 2 疲劳失效 是另一种常见失效形式，表现为滚动体或滚道表面剥落或 脱皮。造成疲劳的主要原因是疲劳应力。
3 腐蚀失效
腐蚀的原因有三种：（1）润滑油、水分或湿汽的化学腐蚀； （2）轴承表面间有较大电流通过造成的电腐蚀；（3）轴承 套圈在座孔中或轴颈上产生微小相对运动而造成的微振腐 蚀。
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上图为英买力作业区次导热油循环泵2#，标注部分是此次检 测出有故障的泵输入端即靠近联轴器部分的滚动轴承部位。
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本章的内容您掌握了吗？
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1 滚动轴承结构
由内圈、外圈、滚动体和保持架四种元件组成。
滚动体的形状有球形、圆柱形、锥柱形、鼓形等。
内圈与轴颈、外圈与轴承座孔装配在一起。
多数轴承内圈随轴回转，外圈不动；但也有外圈
回转、内圈不转的轴承。
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2 滚动轴承的运行特点 1)中等转速；
2)小启动力矩； 3)安装维修方便； 4)不允许大量采用润滑油液； 5)价格较低。
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滚动轴承故障的频谱 PI
PO
1X 2X 频 率 故障基本 频率6.71X
电机
离心泵
• 轴承每一种零件有其 特殊的故障频率。 • 随着故障发展，它的 幅值增加，并有谐波； 谐波两边产生边频。
基本频率的 四个谐波
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带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
3.0 Velocity in mm/s pk
不平衡
滚来自百度文库轴承外圈发生点蚀。
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滚动轴承外圈发生点蚀
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滚动轴承滚动体发生剥落。
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滚动轴承滚动体发生剥落
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滚动轴承的振动测点
测点有水平（X）、垂直（Y）、轴向（Z）三个方向可供 选择，一般选择垂直（Y）方向。
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三、滚动轴承的诊断方法
1、冲击脉冲诊断法
冲击脉冲值=P/A。P-峰值；A-绝对平均值 正常轴承的P/A值约为5；大于5为异常。
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9月10日，对桑吉作业区进行第四阶段的状态监测。检测结果显 示，2级A泵的振动状态明显好转。
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1级B泵虽然状态有所改善，但是振动依然偏大。几天后，该 泵出现异响。维护人员停机检修，发现泵的轴承存在跑外圈 问题。
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检修后再次对该泵进行检测(如上图)，发现振动状况出现明 显改善。但是相对于前期的状态，泵的输入端依然是处于一 个比较高的状态，所以要重点观察。
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五、典型实例
2、英买力次导热油循环泵轴承磨损故障分析 2009年2月24日，中国石油大学（北京）故障诊断实验室塔里 木故障诊断小组对天然气事业部英买力作业区进行设备振动监
测和故障诊断工作。在检测中发现，英买力作业区中央处理厂
次导热油循环泵2#泵输入端存在明显的振动偏大的情况。 该泵为卧式单级离心泵，泵轴承靠叶轮端为所输送介质润滑， 靠联轴器端为锂基脂润滑，至2009年2月25日已经累计运行时 间8993(小时)。
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带滑动轴承的机械的频谱特点
12.5 油膜涡动、碰摩 Displacement in m pk to pk 10.0 不平衡 7.5
不对中 5.0
松动引起的谐波 2.5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
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Frequency in order
五、典型实例
1、开发事业部桑吉作业区导热油泵轴承故障诊断
不对中
2.5
2.0
松动
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0
0
5
10
15
20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
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四、滑动轴承的振动诊断法
1 滑动轴承特征频率诊断法
油膜涡动：0.5 fr ， fr—轴频
气隙激振：0.8 fr
磨损严重：0.2 fr—0.9fr
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(2)频域指标分析
99.609HZ频率附近（二倍频）的幅值逐渐增加。通过对频 谱图的分析，由于其在二倍频处产生了较大的幅值，而在其他 倍频处的幅值较小，所以故障原因可能是泵输入端滚动轴承磨 损，由于摩擦而造成滚道面或滚动面，滚子端面，轴环面及保 持架的凹面等磨损致使轴承游隙不当，摩擦诱发窜动使泵输入 端输转轴对中不良，同时发现泵的自由端振动也比较大，分析 可能是受泵输入端振动大的影响造成的。
研究生课程
机械故障诊断学
Mechanical Fault Diagnosis
中国石油大学（北京）机械与储运工程学院 段礼祥
2010年5月
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第五章 轴承故障诊断方法
一、滚动轴承的特点及主要故障形式 二、滚动轴承的振动诊断机理 三、滚动轴承的振动诊断方法
四、滑动轴承的振动诊断法
五、典型实例
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一、滚动轴承特点及主要故障形式
2008年7月份在塔里木油田桑吉作业区状态监测与故障诊断的 工作中，发现吉拉克站的一级导热油泵B机和二级导热油泵A 机的振动存在异常。从泵振动的趋势图上可以看到，两台泵的 自由端（即远离联轴器端）振动出现了增大的趋势。
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分析认为泵的轴承由于长期运行出现了磨损问题。建议 加强对泵的观察，并在检修期检查轴承的磨损状况。 8月份，吉拉克站对两台导热油泵进行检修，检修中发现 轴承存在磨损问题，并出现了外圈的松动问题。维修人员对 出现问题的轴承进行了更换。
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4 断裂失效
轴承零件的破断或裂纹主要是由磨削、热处理、运行 载荷过大、转速过高、润滑不良、装配不善、产生过大的 热应力而引起的。 5 压痕失效 压痕是在滚道或滚动体表面上产生局部变形而出现的 凹坑，它既可能是由于过载、撞击、也可能是由于装配敲 击或异物落入滚道而形成。 6 胶合失效 胶合指滚道和滚动体表面由于受热而局部熔合在一起 的现象。常出现在高速、高温、重载、润滑不良、起动加 速度过大等情况。
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二、滚动轴承的振动诊断机理
滚动轴承的振动分为两大类：
第一类与轴承的弹性有关，是滚动轴承的固有振动，与轴承的 故障无关。
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第二类与轴承滚动体表面状况（粗糙度或波纹、伤痕等）有
关，即异常振动。
通过对异常振动（时域振幅、频域频率）的分析，即可达到 对轴承进行诊断的目的。
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滚动轴承内圈发生点蚀。
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