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)

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

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。

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。

局部放大检修后的功率谱图 4 保持架通过频率 7． 5Hz 处的振动幅值只有 0． 02( mm/s) 。

检修后，对水泵进行数据采集，发现保持架通过频率幅值大幅度降低，水泵其它的振动频率也随着下降( 见检修后的图 3、图 4、表 3) ，该水泵运转恢复正常。通过更换滚动轴承，消除了隐患缺陷，日常检修达到了目的。

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。

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． 3mm。

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。

我们认为保持架通过频率、滚动体通过频率、外圈通过频率故障特征频率特别明显，即 FTFI 振幅很大，BPFO 也显示异常，即安排停机检修更换轴承。

拆卸水泵发现轴承损坏，保持架已经断成几截，滚珠已缺损，外圈有裂纹。由于运行岗位巡检和专检工作到位、判断准确，检修及时，没有造成重大设备事故。

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 频谱数采器对水泵轴承 3、4 点进行振动值数据采集，发现水泵负载侧轴承振动值偏高、声音有点异常、且电机电流相应增大。接着连续三天对该泵密切跟踪观察。9 日在 3、4 检测点采集振动数据时，振动值较前几天明显增大，并伴有波动现象，轴承出现“哽、哽、”的声音，通过数据对比分析和异常声音参照，初步判断该泵负载侧外圈或保持架可能存在缺陷，随即停机检修。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。

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