400-616-0808
检测技术
油液监测和振动分析相互结合诊断高速泵增速箱故障
作者:陈经锋  来源:《润滑与密封》  更新时间:2014-09-29  点击率:957
 

1. 高速泵的特殊结构和有效地进行状态监测

Z: axial

1

2

3

4

 

高速泵是非常精密的高扬程低流量泵,世界上具有代表的高速泵厂家是胜达因,所以我提到胜达因泵,通常指的是高速泵。石化厂比较常用的是立式高速泵,型号有LMV311, LMV341, LMV 313 LMV322等。其中LMV311/313这种型号齿轮箱中输入轴(低速轴)和中速轴轴承 一般是滚动轴承,高速轴一般是带止推片的滑动轴承;LMV341一般只有输入轴轴承是滚动轴承,其它两个轴的轴承都是滑动轴承;而LMV322转速比较低功率小,只是单级增速,状态监测比较简单,应用的也比较少,在此就不做详细介绍。下文重点是关于两级增速的LMV- 311/313/341等型号的状态监测,其外观结构图如图1所示。

在图1中,有六个振动监测点,它们各有不同的意义和作用 输入轴上轴承振动;(滚动轴承座); 中速轴上轴承;中速轴下轴承; 高速轴下部振动A 中体振动(输入轴下轴承,高速轴上轴承和主油泵); Z 轴向振动

1

通常人们所说振动大小标准都以中体A部位的振动大小作为衡量高速泵增速箱的振动标准。原因有: A部位是联接增速箱上下盖的部位,有螺栓固定,刚度最大能整体反映振动。A部位配置有标准螺栓孔,用于固定壳体振动探头,测量的准确,这是因为箱体是铝合金的没有磁性的缘故,振动值测量通常不准确。 . 中体上安装有低速轴,高速轴和油泵的部件。包含的信息较多。但是,当我们判断增速箱故障时,要结合替他五点的振动来综合判断。其中 两点即中速轴位置,在振动测量和监测中常常被人忽略。

测量壳体振动监测的通常是用速度(rms)和加速度(peak)幅值和频谱, 还有gSE和高频包络值和频谱。速度值和速度频谱能反映低频和中等范围频谱,对于啮合频率和啮合频率的倍频要在加速度频率中看,加速度幅值反映的是高频冲击能量大小。gSE和高频包络频谱是利用带通滤波把高频的周期性载波成分显示在低频频谱图中,典型图中能看出与某个转频有关的载波和轴承故障频率等。

还有另外两种状态监测的方法可以协助判断:

润滑油分析的状态监测,如光谱分析可以分析磨损元素的趋势,铁谱分析可以分析磨损颗粒的形状,大小和磨损等级等。由于高速泵齿轮箱是封闭循环,润滑油长期处在高速旋转的设备的底部并不断循环,磨损颗粒容易沉积,而且相对大型压缩机设备而言,高速泵增速箱的润滑油量远小很多,磨损颗粒浓度大很多,所以润滑油状态监测对这种设备也是一种非常有效的监测手段。缺点是取样比较麻烦。

另外,润滑油压力和温度也是非常重要的监测手段,润滑油压力反映油系统的循环和回油的情况,油压直接和滑动轴承间隙和磨损情况有关。曾经遇到过型号为341泵由于高速轴和中速轴滑动轴承间隙比设计只大了0.02mm导致油压偏低,高速泵正常工作压力是1.5barg~4.0Barg 而且油压要稳定,并且泵刚启动时,由于油温低,油压偏高,随着运转稳定后,一段时间达到一个稳定的值不再下降为正常。 润滑油温度反映的摩擦热和冷却的情况,有时也和泵输送的介质的温度有关,润滑油温度不能高于180oF(82.2) 温度过高会导致粘度和油压降低,机械零件润滑变坏而磨损加剧,振动噪音加大等。

在现场设备故障诊断中,要能综合运用上述这些方法来判断,能提高故障诊断的效率和准确性。

 

2. 振动分析相结合润滑油监测在诊断高速泵增速箱的应用实例

             

2.1  振动分析:

2.1.1振动幅值:某装置有一台胜达因高速泵,功率90千瓦,电机转速2979/分重,高速轴转速是7560/分,齿轮的齿轮齿数未知,轴承型号未知。有一段时间该泵齿轮箱振动突然变大又变小,齿轮箱振动速度总幅值从平时的1.16mm/s 变化到3.78mm/s,参考厂家的振动标准,幅值没有超过极限;加速度总幅值从24.2g pk 增大到41.9g pk 厂家并未给出加速度值的参考标准,但是根据多年现场监测的经验,加速度值急剧上升,意味着非常大的冲击能量,但是对于齿轮箱,加速度值偏大也是常有的现象,简单诊断该齿轮箱可能存在故障。下表1是不同时间的振动现场测量用于诊断对比, 下图2是振动趋势图:

 

 

 

 

1

位置/日期

 

1

2

3

4

A

Oil sump oC

9:00 May,29

温度 

72.8

76

86.3

84.2

 

84.5

振动速度  mm/s

1.07

0.97

0.77

0.58

1.26

 

振动加速度 g pk

2.04

2.06

2.32

2.37

24.2

 

14:00 May 29

温度 

76.7

77.6

90

85

 

87.8

振动速度  mm/s

2.24

1.84

1.36

0.68

3.78

 

振动加速度 g pk

3.64

2.80

6.24

2.87

41.9

 

 

           

2

             

            2.1.2. 振动频谱:

当振动异常声音出现是, 在测点A测量到有异常频率 4556.25Hz和它旁边的边带, 而且边带频率是1217Hz, 通过计算轴承故障频率、齿轮啮合频率和叶轮通过频率等典型故障频率值时,发现1217.1不是上述故障频率;但是齿轮啮合频率有边带127Hz,可以粗略判断是高速轴有异常;但是产生边带频率是1217Hz,这种振动现象的原因,从频率计算上找不到对应故障,通过查阅齿轮箱振动监测方面的资料,可以估计4556.25Hz可能是由于局部机械故障引起的齿轮组高阶激振频率,而1217.1Hz很可能是高速轴的共振频率; 下图是异常频率谱图:

2. 2. 润滑油监测分析:

2.2.1我在采振动数据的同时,用红外测温仪监测了齿轮箱的润滑油温度,油槽温度达到85度左右,我参考了一下设备说明书,要求温度不能超过82.2度。 油压监测情况是也从启动泵时的3.5bar很快降低到1.9bar, 但是后来基本稳定, 说明润滑油冷却系统有异常;

润滑油粘度是润滑油指标非常重要的影响因素,粘度又随着温度变化,而油压又和油温和润滑油粘度有很大关系;   润滑油粘度和温度关系可以用非常有名的Walther公式,该公式被美国ASTM 标准引用, 既log log(ѵ+0.7)=a+blogT  公式中ѵ表示运动粘度,T为润滑油的绝对温度, a,b 为常数;温度除了对粘度有影响外,还会对粘度指数、基础油性能、闪点和滴点等有影响,所以润滑油的选型要考虑工作温度和工作粘度。

为了更准确地判断故障,我们对其润滑油进行的取样分析,取了油样送去化验,化验结果表明:油品污染度变化不大,但是从光谱分析中,发现铅(Pb)量明显增大(136.9ppm),铜的含量也增大(1.5ppm),但是铁谱分析中没有发现钢质切削颗粒,表明该齿轮箱中部件及含铅部件的磨损,根据设备结构知识和振动分析,推断是高速轴止推和径向轴承有磨损,并在靠近高速轴的油槽中再取了一次油样分析。由于时间的关系,当我通过振动和油样检测得出该齿轮箱故障部位的结论后,在第二次油样检验结果没有出来前,就发出设备实施解体检查的诊断报告,解体发现我们的诊断结果正确:高速轴止推轴承有磨损(铅铜合金),径向轴承磨损(铜合金),照片如图4和图5,后来第二次的润滑油样分析结果也出来了,这次检验铁谱分析也发现了油中的钢质切削颗粒及轴承合金颗粒,验证了中钢质滑动摩擦部件及含Pb部件的磨损,铁谱分析图片如图6和图7,前后两次油样差别是由于取样位置和磨损颗粒在高速轴附近油槽沉淀造成的,但是前一次油样光谱铁谱分析结果已经是我们很好的诊断依据。 

2.2.2  当时给给我们做的油液分析是广研所,在和广研所合作就润滑油分析技术方面曾经多次交流和沟通,在开展油液状态监测方面有以下几点体会和收货分享给大家借鉴:

a.      取样严格规范,包括取样点选取、取样瓶、取样管和取样器等都严格要求;

b.      新油取样化验数据存档,设备新状态油样分析存档;

c.      按照设备建立油液监测数据库和样品库,有历史趋势和追溯价值;

d.      了解设备结构,根据不同设备结构来划分和判断铁谱、光谱和清洁度危险等级;

e.      及时和设备使用厂家沟通,根据设备结构特点结合油样分析尽可能地给出比较准确的判断;

 

3.   小结

通过以上振动监测分析,特别是结合润滑油分析判断齿轮箱的早期故障,通过高速泵这种特殊结构的齿轮箱诊断事例,把两种状态监测手段相互结合的诊断方式,综合判断设备早期故障,并及时处理,避免了设备状态恶化和引起设备事故。

本人水平有限,文中难免会出现一些不妥与错误之处,恳请读者批斧正。

 

 

 

 

 

参 考 文

 

1.    陈大喜等编. 大型回转机械诊断现场实用技术. 机械工业出版社, 2002

2.    徐敏等编. 设备故障诊断手册. 西安交通大学出版社. 1998.

3.    沈庆根  郑水英 主编. 设备故障诊断. 化学工业出版社. 2006

4.    By James E.Berry  P.E.  Entek IRD, vibration analysis II, 1993

5.    成大先 主编 润滑与密封-机械设计手册-单行本,  化学工业出版社. 2004

6.    李兴虎 赵晓静撰写的 润滑油粘度的影响因素分析 论文   200912

本文经《润滑与密封》允许转载,禁止传播或用于商业行为。

总部检测中心
电话:020-32389050 020-32385309 020-82387730
传真:020-32389648
邮箱:gti@gti-oil.com
地址:广州市黄埔区科学城新瑞路2号主楼三楼整层
山东检测中心
电话:400-8086-138
传真:0532-80931738
邮箱:shandong@gti-oil.com
地址:青岛市城阳区长城南路6号首创空港中心4号楼116室
新疆检测中心
电话:0991-3191241
传真:0991-3191241
邮箱:xinjiang@gti-oil.com
地址:乌鲁木齐市河北东路188号
版权所有:广州机械科学研究院有限公司 粤ICP备05044892号
×
×