空壓機電機軸承失效分析及離線監(jiān)測系統(tǒng)的局限性

1、空氣壓縮機電機軸承失效分析及針對離線監(jiān)測系統(tǒng)局限性的解決對策陳明華油建裝備技術服務公司 天津塘沽610信箱 300452摘要:本文通過對空壓機電機軸承的實效分析,進一步討論離線監(jiān)測系統(tǒng)的局限性,及相應的解決對策。關鍵詞:軸承失效分析 振動 離線監(jiān)測系統(tǒng) 局限性 解決對策離線監(jiān)測系統(tǒng)是國內在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中針對普通旋轉設備應用最普遍最成熟的技術,它在通常的設備故障診斷中能較為準確的判斷設備運行狀態(tài)、故障類型以及嚴重程度,但對于某些設備故障的監(jiān)測與診斷離線監(jiān)測卻顯得力不從心,這樣的設備故障通常有兩種情況:1往復機設備故障 2不會產(chǎn)生或不會長期存在明顯振動征兆的設備故障。第1種情況的設備故障在很多同仁

2、們的論文中均有闡述,本文不再討論;在此本人將結合在實際工作中遇到的空壓機電機軸承突然失效的案例及針對該案例的分析來討論第二種情況的設備故障。案例分析及討論:1.情況介紹該空壓機位于某采油平臺中甲板,采用離線監(jiān)測方式監(jiān)測,該平臺共兩臺空壓機,軸承失效的為A機,失效軸承為電機驅動端軸承,空壓機機組結構示意圖如下: 電機 齒輪 螺桿壓縮機1.1設備具體參數(shù)及維修歷史:電機:轉速:2960rpm(49.35HZ 功率:45kw驅動端軸承:NU312 非驅動端軸承:6214ZC3軸承潤滑方式:潤滑脂潤滑壓縮機:制造商:INGERSOLL-RAND 型號:SSR-MH-37功率:45KW 空氣排量:310

3、m3/h驅動端軸承:NU2207 , NU207E非驅動端軸承:88513+88540 兩套, Y-30306+X-30306 兩套主動螺桿牙數(shù):4 牙 從動螺桿牙數(shù):6牙主動螺桿轉速:6600rpm (4牙 從動螺桿轉數(shù):4400rpm (6牙 軸承及螺桿潤滑方式:潤滑油潤滑電機與壓縮機之間為齒輪傳動,齒輪為斜齒,Z1=87,Z2=38。維修歷史:該壓縮機曾于2004年7月整機大修,電機在這次大修中更換了兩端軸承。1.2空壓機軸承失效前設備振動測試最近的日期:2005年10月11日1.3空壓機軸承失效日期:2005年10月23日1.4失效過程:操作人員巡檢時未發(fā)現(xiàn)設備運行異常,但半小時后報警

4、系統(tǒng)顯示空壓機異常停機,操作人員至現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)A機電機驅動端軸承已抱軸,遂啟動B機。2.軸承失效前后數(shù)據(jù)對比與分析該軸承于10月26日更換新軸承,10月30日和11月19日分別對該壓縮機進行了再次振動監(jiān)測。為說明該軸承失效前后在振動信息上的反應情況,下面將對比10月11日的振動數(shù)據(jù)與10月30日的振動數(shù)據(jù)并進行相應的振動分析。 2005年10月11日包絡頻譜圖 2005年10月30日包絡頻譜圖 截止2005年11月19日的振動趨勢圖由以上三張圖可知:在包絡頻譜圖中失效前的各峰值主要為電機工頻49.35HZ 及其諧頻(第一諧頻、主螺桿工頻110HZ及其諧頻(第二諧頻,更換軸承后包絡頻譜圖中的各峰值依

5、然為為電機工頻49.35HZ及其諧頻(第一諧頻、主螺桿工頻110HZ及其諧頻(第二諧頻,以上兩組諧頻都是設備正常運行時都會存在的振動信息,且失效前軸承的包絡頻譜圖中的諧頻各峰值還略小于更換軸承后的各峰值,未見軸承部件缺陷頻率。失效前軸承的包絡總值為9gE、(趨勢圖中第一條線所在位置處于統(tǒng)計報警正常范圍之內,更換新軸承后為11.21gE,軸承失效前的包絡總值小于更換軸承后的包絡總值。由趨勢圖可知,自今年2004年7月至2005年10月軸承振動數(shù)據(jù)一直處于正常波動范圍內,運行平穩(wěn),沒有增長的趨勢。 2005年10月11日時域波形圖 2005年10月30日時域波形圖在2005年10月11日時域波形圖

6、中未見軸承因部件缺陷而引起的沖擊峰值,且2005年10月11日時域波形圖圖中的最高峰值小于2005年10月30日時域波形圖中的最高峰值。通過以上對比分析及趨勢分析可知2005年10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運行狀態(tài)。3.軸承失效后的各部件反映的信息 (1軸承保持架 (2外圈、內圈、滾子現(xiàn)象:軸承保持架隔離各滾子的支架大部分已掉落,支架被擠壓程度不一。軸承內圈滾道一半有明顯的凹痕(中間箭頭所指部分,凹痕之間距離很近,另一半則沒有(上箭頭所指部分。大部分滾子上都有受壓變形的痕跡(下箭頭所指部分,但變形痕跡大小不一,將兩個滾子分別放在臨近的兩個凹痕上,兩個滾子則擠在一起沒有間距,在軸承

7、的內圈與外圈滾道未見軸承使用過程中的常見缺陷,如:磨損痕跡,疲勞剝落痕跡。4.軸承失效過程分析綜合振動分析及軸承各部件反映的信息判斷:軸承保持架在設備運轉過程中不是受力部件,保持架即使有局部缺陷,在設備正常運行時在振動上也不會表現(xiàn)出來;但當設備運行工況變化,或頻繁加卸載時,軸承各部件會承受額外附加的載荷,造成軸承受力條件變差,正常的軸承保持架完全能夠承受工況變化帶來的附加載荷,但存在缺陷的軸承保持架會在附加載荷的反復作用下缺陷逐步擴展,以至于存在局部缺陷地保持架支架在附加載荷的作用下斷裂,造成部分滾子相互擠壓,隨著轉子的繼續(xù)轉動,擠壓在一起的滾子瞬間將臨近的支架擠斷,大部分滾子擠在一起轉動,短

8、時間內產(chǎn)生了大量熱量,造成軸承溫度急劇升高,軸承部件受熱膨脹硬度降低,最終導致軸承失效。5.結論5.1 2005年10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運行狀態(tài)。5.2 軸承保持架支架存在局部質量缺陷,如:裂紋缺陷。5.3變化的工礦使軸承保持架承受額外附加載荷,保持架失效導致軸承最終失效。6.思考與討論通過以上對空壓機軸承失效的分析和討論我們看到由于離線監(jiān)測系統(tǒng)對設備狀態(tài)進行評估的主要依據(jù)是某一時間段內的振動數(shù)據(jù),不能做到對設備振動的實時監(jiān)測,這種監(jiān)測方式適用于監(jiān)測漸進發(fā)展并在振動上有所反映的設備故障,而對那些在短期內發(fā)生的設備故障,離線監(jiān)測系統(tǒng)通常不能有效的監(jiān)測到。屬于這種情況的設備故

9、障一般包括以下兩類:1設備故障在一段較長的時期內存在,但在設備的發(fā)展過程中不會有效的從振動上表現(xiàn)出來的,只有設備故障發(fā)展到較為嚴重的情況下才會從振動上表現(xiàn)出來。如:軸裂紋、滾動軸承保持架疲勞斷裂等。頻繁啟動或頻繁加卸載和啟動扭矩大的設備易出現(xiàn)這類設備故障2因工藝條件變化或誤操作而產(chǎn)生的設備振動,如:汽蝕、抽空、喘振、容積類設備出口憋壓等。傳送介質溫度、壓力變化大,氣液混相,含雜質的設備易出現(xiàn)這類設備故障。以上這兩類設備故障發(fā)生時在故障現(xiàn)象上通常表現(xiàn)在兩個方面:1 溫度上升。2振動上升。一般來講第一類設備故障首先表現(xiàn)在溫度方面,當設備故障發(fā)展到中后期時才會在振動方面明顯表現(xiàn),但此時故障發(fā)展到比較嚴重的程度;第二類設備故障由于不是由設備本身故障或缺陷產(chǎn)生,因而當出現(xiàn)設備故障時通常直接表現(xiàn)在振動方面,若設備振動持續(xù)時間較長,會對設備部件造成極大破壞,并最終導致設備本身的故障,如:軸承故障、油封磨損、機封泄漏、甚至轉子掃膛。針對解決這兩類設備故障,防止發(fā)展到嚴重的設備事故,并考慮經(jīng)濟上的可行性,以達到對旋轉設備突發(fā)故障的有效監(jiān)測,可采取以下措施來彌補離線監(jiān)測系統(tǒng)的不足:1對