水泵轴承测试浅析

一、背景介绍

水泵在数据中心空调水系统中为冷冻水循环和冷却水循环提供动力，是重要的冷源设备。某数据中心1栋包含冷冻泵，冷却泵，补水泵及其配套设备，但投入使用，至今已运行数年，期间没有进行过预防性的大修，设备各部位可能出现磨损、老化变形等现象，导致设备各部位配合尺寸出现变化，易造成主要部件磨损，使性能下降或损坏，有很大的故障隐患，间接会影响冷机的运行及机房末端的正常供冷。

2015年，R水泵厂家对1栋水泵的运行情况进行了测试，采用声音传导的方法，如下图所示，总结出现的故障问题如下表所示。

R水泵厂家建议水泵自安装起始日起运行满3年后，需要对设备进行整备、易损件更换的预防性大修，并给出了处理措施。针对预防性大修，厂家的建议如下：

泵体解体检查泵壳腐蚀与机械损坏；泵轴、键的腐蚀、磨损及变形情况；检查叶轮有无腐蚀和磨损，有无气蚀现象；检查锁紧螺母，螺纹磨损情况。

更换电机及泵侧轴承，机械密封，填料；检查轴套，如果配合间隙过大或表面磨损予以更换。

测量并调整电机轴与泵轴的同心度，更换联轴器螺栓。

调整水泵的基座及加固

根据所监测到的水泵故障，漏水问题确实可以通过更换机封进行处理，现已处理完毕；轴承问题还有待商榷，1栋主供冷系统为4套交替运行，投产前期冷负荷较小，1~2套运行即可满足要求，因此水泵和电机的轴承并不一定因为使用年限问题进行更换。轴承作为水泵中的重要部件，对于保证水泵的正常运行有着重要的作用，光靠听声音和经验并不一定能发现根源问题，为了了解当前水泵及电机轴承的运行现状， 掌握轴承使用年限及更换时间，对轴承进行测试是十分必要的。

目前，针对轴承的测试主要采用的仪器是振动检测仪，利用振动检测和频谱分析对轴承的振动进行测试和分析，得到振动曲线并分析结果。F是振动分析仪的一种，该仪器采用诊断技术，可快速标识并优化处理机械问题。可用来分析机械装置并提供基于测试的诊断、严重等级和可行的维修建议。通过将测试仪收集的振动数据与根据多年现场经验所收集的广泛的规则组进行比较，来确定故障。

二、测试方法与过程

测试时间：2017.3.24

测试地点：某数据中心1栋大冷机房

测试项目：CH1冷冻水一次泵、CH3冷冻水一次泵、CH4冷冻水一次泵

测试工具：F振动分析仪

测试方法：振动分析仪&频谱分析法

仪器设置：

侧点位置：

1-电机活动端； 2-电机主动端； 3-水泵主动端； 4-水泵活动端；

现场实测照片：

三、测试结果分析

CH1-冷冻水一次泵

CH3-冷冻水一次泵

CH4-冷冻水一次泵

处理建议（仪器显示三台水泵的处理建议相同）

测试仪详细分析——以CH1为例

一台水泵的测点为4个，每个测点位置分为径向、轴向和切向三个方位，每个位置有分为高范围（高频）和低范围（低频）。因此，一台水泵的总振动频谱曲线图为4*3*2=24个，通过对这些频谱图的分析，得出结论。

以位置1为例，如下图所示为轴向、切向的径向的高低范围频谱分析图。X轴标识频率，Y轴表示振幅，所谓频谱是频率谱密度的简称，是频率的分布曲线。水泵及电机在运行过程中所形成的复杂振荡被频谱分析仪分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。

测试仪通过引用频谱中的部分峰值分析出轴承存在的问题，如下表所示。

ISO标准分析——以CH1为例

目前，国际上关于设备振动的评估标准有两个，分别是“ISO2372设备振动标准”和“ISO10816-3振动监测评估标准”。两个标准关于振动的评估标准如下，对于CH1冷冻水一次泵，功率范围为ClassⅡ（Group2）。ISO2372规定，振动范围≤1.12为良好，1.12~2.8为可接受；ISO10816-3规定，振动范围≤2.3为良好，2.3~4.5为可接受。

以位置1频谱图为例，各方向及范围的最大振幅如下表所示，标红的两项，即切向高范围和切向的范围均在这两个标准中均达到了D级：不允许，而其他方向的振幅均在合理的标准范围以内。

频谱分析——以CH1为例

水泵及电机中轴承的种类为滚动轴承，一台水泵共含有四个轴承，两个位于电机侧，两个位于水泵侧。对于滚动轴承来说，其发生的故障主要有以下几种：

轴承的固定尺寸决定了轴承内部发生故障时频率的不同，轴承每一种零件有其特殊的故障频率。随着故障发展，振动的幅值会增加，并产生谐波，谐波两边产生边频。

上图所示为滚动轴承故障频谱特点，

低频范围内的振幅峰值显示出轴承具有不平衡或不对中的问题；

中频范围内的振幅峰值显示出轴承具有松动的问题；

高频范围内的振幅峰值显示出轴承具有内部故障的问题；

如下图所示为低频范围内的频谱，可见三个方向的频谱中，频率位于单位1 Orders的时候均出现了振幅峰值，最大峰值达到了7.0mm/s，因此可能存在轴承不平衡问题；在3~8 Orders时，轴向与径向振幅出现了小幅度峰值，可能存在轻微的松动问题。

如下图所示为高频范围内的频谱，轴向频谱在45 Orders时出现0.55mm/s振幅峰值，径向频谱在45 Orders时出现2.0mm/s振幅峰值，可见在该特定频率下，轴承内部存在故障问题，问题的类型和严重程度还有待进一步分析。

同理，对CH1水泵的其他位置测点的频谱图进行分析，得到的故障列表如下所示：

四、总结

如前文所述，本次分析是对测试结果的一个初步分析，分析仪的结果只给出了结果，其中的具体细节并未呈现。结合频谱分析，我们得出当前运行条件下，轴承可能存在和故障包括不平衡、不对中、松动、内部故障等问题，准确性需要进一步深入的分析。

水泵轴承测试不只是为了找到轴承当前存在的问题，更是为了掌握轴承的运行特点，了解轴承从安装到运行到更换的全生命周期工作情况。对于改善水泵的运行质量和提高运维效率有着重要的意义。

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