精密点检在机泵振动检测中的应用探析

蔡清龙，王舟军，虞佳栋

（中化兴中石油转运（舟山）有限公司，浙江 舟山 316000）

1 前言

石油化工企业主设备基本通过计划性定期维护、事后维护等模式进行设备管理。定期计划维修，即三年一大修，两年一中修，一年一小修，这种模式是典型的以牺牲成本换取设备稳定，维护缺乏科学性和针对性。随着企业规模扩大，设备同时存在使用频率、服役年限和规格型号等差异化现状，如继续沿用计划性维护管理，往往会造成许多无效维护，造成浪费。

设备维护目的是使设备长期处于稳定、高效、安全的运行状态，而如何尽可能降低维修费用是又一个问题。但是，设备无论怎么维护，总有损坏停运的可能，如果停运即要事后维修来保证设备再次运行，即预防维护和事后维修总存在着最优的选择。据估计，企业设备维修方式最合理比例是预防性维修占80%，突发性维修占20%。

预防维修就是在设备稳定运行期间，按照预订设备维护计划对设备进行检查和维护，设备点检是设备预防性维修的一种方式，根据过程检测数据积累，进行设备预防性维修。对于油库主设备高使用率和零部件复杂性，故障风险大于维修风险，应采用预防维修为主，以防止设备故障造成停机，减少油库运行风险，降低维修费用。

2 精密点检概述

区别于设备检查，设备点检是一种设备管理方法，点检的“点”是指设备的关键部位，所谓点检，指为了维持生产设备原来的性能、确保生产和设备的稳定运行，对设备进行预防性检查，点检可分为日常点检、定期点检、精密点检。它是利用人的五感（看、听、摸、闻、尝）和工具仪器，按照预先设定的方法标准定点、定周期、定部位对设备进行检查，找出设备的隐患和潜在缺陷，掌握故障的初期信息并及时采取对策将故障消灭于萌芽状态的一种设备检查方法。点检的目的在于防事故于未然，保持设备性能的高度稳定，延长设备使用寿命提高设备效率。点检周期一般可由经验法或数学模型法确定，如一般设备为半年至一年，起重设备一般为1～3个月等。

精密点检利用精密仪器开展设备状态检测，即故障诊断和劣化分析，利用监测诊断仪器进行过程监测，从而预测设备未来状态及变化趋势。机泵振动检测，即利用测振仪检测高压机泵，记录每台机泵作业运行时各类相关数据，分析并建立检测台账，跟踪数据变化规律。

对设备实行常态化的数据监测然后整合数据、综合分析，最后，对故障点采取集中根治的管理模式。整个维护过程具有较强科学性与针对性，对避免设备无效维修，降低维护成本具备明显优势。

异常、不规律振动是机泵最大的潜在故障，因此，轴承故障是造成机泵停运最主要的原因，如图1所示。造成机泵振动增大的主要原因包括转子的不平衡、同轴度偏差大、轴承磨损严重、汽蚀、共振等原因，过大的振动会造成轴承的损坏。振动检测作为机泵故障诊断重要方式，规定振动速度的均方根（有效值）为表征振动烈度的参数。

图1 离心泵故障形式分布图

3 机泵振动检测基本原理

其基本原理为通过希尔伯特变换将原信号变换为解析信号，此解析信号即构成包络信号。设内圈滚道回转频率为fi（即轴的频率），滚动体在外圈滚道上的通过频率为foc，滚动体在内圈滚道上的通过频率为fic，滚动体公转频率为fcase，滚动体自传频率为froller。假设滚动轴承的外环固定在轴承座上，只有内环随轴一起以频率fi旋转，并做以下假设：滚道与滚动体之间无滑动；径向轴向受载荷是平衡的；轴承各部分元件无变形。

根据几何学条件，可得轴承的各故障特征频率如下，其中D为轴承节径，d为滚动体直径，α为滚动轴承接触角，取0，z为滚动体数。

滚动体公转频率：

滚动体在内圈滚道上的通过频率:

滚动体在外圈滚道上的通过频率：

滚动体自传率：

由参考文献[5]可知，将故障轴承振动信号x(t)经过以ω为中心频率的带通滤波器滤波时，再利用包络检波器对滤波后的信号进行检波，得到振动信号的包络信号谱图。通过分析包络谱图的谱线分布可以诊断轴承的故障位置：当外环存在故障时，包络谱图在频率为foc及其高倍频处产生明显的谱线；当内环存在故障时，包络谱图会在fic、fi以及他们的高频处产生谱线，一般的，fi＜＜fic，因此在fic及其高倍频处会产生以fi为间隔的边带族；当滚动体存在故障时，包络谱图在频率为froller、fcase及它们的高倍频处产生明显的谱线，一般的，fcase＜＜froller，因此，在froller及其高倍频处会产生以fcase为间隔的边带族。

4 机泵振动检测实例分析

按照美国齿轮制造协会提出的振动破坏形式和振动标准，基本划分为：

（1）低频域（10Hz以下）为位移破坏，振动标准为位移。

（2）中频域（10～1000Hz）为疲劳破坏，振动标准为速度。

（3）高频域（1000Hz以上）为作用力破坏，振动标准为加速度。

以XX公司原油泵房P-2泵为例，其电机的频率为f=1480/60=25s-1，在中频区域，为疲劳破坏形式，振动标准为速度。测振仪共测电机前轴、后轴、泵前轴、后轴4大处，共12处，每一处在轴向A、垂直方向V、水平方向H分别测三个小点，分别为1A、1H、1V、2A、2H、2V、3A、3H、3V、4A、4H、4V。2处为关键部位，若此处振动速度过大，关系到电机的输出功率和效率。

P-2泵中心高为900mm，转速为1480r/min，根据标准可确定振动烈度等级：二级，合格的最大振动速度为7.1mm/s。对P-2高压机泵进行预防性振动检测发现，泵前轴振动值达到了6.04mm/s(已经接近合格极限值7.1mm/s)，如图2所示。现场数据：运行转速：1480Rpm；测量值：4.7018mm/s；数据类型：时间波形；数据点数：1024；频率带宽：1000Hz。

图2 频谱图

分析频谱图可以得到，在f =100.00Hz时振动速度达到最大峰值6.04mm/s，如表1所示，泵的转速为1480r/min，频率为fi=1480/60=24.6Hz，约等于25Hz，即在fi的4倍处产生峰值，初步判定是轴对中不良造成轴承振动值超出正常允许值。为确定引起对中不良的原因，对机泵联轴器进行精密测量，调整对中后，如图3所示，最大值为0.45mm/s,说明已达到良好状态。

表1 主要峰值

图3 修复后的频谱图

此外，通过长期的振动速度记录，通过趋势图来预测趋势，来达到预防维修的目的，如图4所示，对原油泵房P-3泵4A点半年的记录，可以看出在4月19号振动速度已达到3mm/s，并且最近三次检测已是上升的趋势，由此可粗略可得未来一段时间内，振动速度还将增大，应加大监控力度，如过检测数据接近7.1mm/s，应立即停泵调整，以防事故的发生，来达到预防性维护目的。

图4 P-3泵振动速度趋势图

5 结语

近年来，TnPM在石油化工行业的推广，对点检制的规范建立起到了重大的推动作用，通过点检并对这些故障和隐患及时的修复和排除，并对设备进行有针对性、有计划性、有目标性的预防维护措施。点检首先在于确定点检周期，以免产生过维修而造成的物料浪费。精密点检使设备预防维护有了一个可靠的数据支撑，通过数据的不断对比、统计、分析才能真正判断设备的状态。

随着数据的积累、趋势的分析，形成设备的基准值，为以后的设备检测提供参考。一切让数据说话的思想，将在设备预防维护管理起到一个先导性的作用。XX公司高压机泵振动检测预防维护管理经验，将对储罐等其他主设备精密检测起到指导作用。