換熱器引風(fēng)風(fēng)機(jī)軸承的故障診斷和分析處理

換熱器引風(fēng)風(fēng)機(jī)軸承的故障診斷和分析處理

楊程

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司彩涂板廠，安徽馬鞍山243000）

    【摘要】通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)合頻譜分析，診斷故障為軸承外圈存在缺陷，通過(guò)對(duì)產(chǎn)生原因的分析研究，采取相應(yīng)措施避免了同類(lèi)故障的再次發(fā)生。
    【關(guān)鍵詞】風(fēng)機(jī)；振動(dòng)；故障；頻率；螺母
    【中圖分類(lèi)號(hào)】TH44【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1006-6764(2011)05-0027-03
    1·設(shè)備概況
    換熱器引風(fēng)風(fēng)機(jī)是馬鋼公司彩涂板廠后燃燒系統(tǒng)的重點(diǎn)設(shè)備，其主要作用是將2#換熱器內(nèi)已經(jīng)過(guò)熱交換的煙氣抽至煙囪進(jìn)行排放。若該臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障會(huì)使高溫?zé)煔鉄o(wú)法順暢流動(dòng)而影響換熱器的換熱效果導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，因此該設(shè)備是我們重點(diǎn)監(jiān)控的對(duì)象。
    它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

            
    風(fēng)機(jī)為懸臂式，其安裝方式為風(fēng)機(jī)和電機(jī)公用一個(gè)鋼基礎(chǔ)，該鋼基礎(chǔ)通過(guò)橡膠墊彈性支撐于混凝土基礎(chǔ)上。
    電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間通過(guò)皮帶輪進(jìn)行連接。電機(jī)功率132 kW，轉(zhuǎn)速1480 r/min。3#、4#測(cè)點(diǎn)軸承型號(hào)為SKF22224-EK/C3。大皮帶輪直徑為630 mm，小皮帶輪直徑為335 mm，皮帶長(zhǎng)度4000 mm，總數(shù)為5根。
    2·診斷與分析
    2010年1月份，點(diǎn)檢員在日常點(diǎn)檢中發(fā)現(xiàn)該臺(tái)風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大，尤其是靠近葉輪端的4#軸承時(shí)有異響現(xiàn)象，針對(duì)該情況我們利用上海華陽(yáng)公司的HY-106B型巡檢儀對(duì)兩端軸承進(jìn)行了一段時(shí)間的跟蹤檢測(cè)。該段時(shí)間內(nèi)具體的振動(dòng)數(shù)值見(jiàn)表1。

            
    通過(guò)表1可以看出4#軸承的振動(dòng)值較其他軸承偏大，主要體現(xiàn)在軸向方向，最大已經(jīng)達(dá)到了6.7mm/s。3#軸承的軸向方向振動(dòng)在29日這天也有增大的趨勢(shì)，總體而言風(fēng)機(jī)的兩個(gè)軸承軸向振動(dòng)相對(duì)偏高。同時(shí)結(jié)合ISO10186國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看（額定功率大于15 kW小于300 kW的中型機(jī)器），4A方向的振動(dòng)值已經(jīng)接近其“危險(xiǎn)”等級(jí)7.1 mm/s，這表明軸承可能存在潛在的隱患。

             
    圖2、圖3、圖4分別為1月27日4A測(cè)點(diǎn)的速度頻譜圖（0~1000 Hz）及加速度頻譜圖（0~1000 Hz和0~5000 Hz）。速度頻譜圖中峰值主要集中在105.63 Hz及其3倍頻316.88 Hz處，加速度圖譜中，峰值同樣出現(xiàn)于105.63 Hz及其高次諧波處，其中3倍頻316.88 Hz處最高。圖5、圖6分別為當(dāng)天4H、4V測(cè)點(diǎn)的速度頻譜圖，峰值主要出現(xiàn)在風(fēng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)頻13.13 Hz處以及105.63 Hz及其諧波。

            
            
    前期此臺(tái)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)速度頻譜上峰值均是風(fēng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)頻13.1 Hz，105.63 Hz的峰值從未出現(xiàn)過(guò)，對(duì)于該頻率及其諧波的出現(xiàn)我們初步判定這應(yīng)該是風(fēng)機(jī)4點(diǎn)軸承的故障，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)頻為13.1 Hz的風(fēng)機(jī)在105.63 Hz時(shí)出現(xiàn)峰值已經(jīng)基本排除了是葉輪的平衡或?qū)χ械葐?wèn)題。
    通過(guò)對(duì)SKF22224EK滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù)查找得到其滾動(dòng)體直徑d=1.008in、軸承節(jié)徑D=6.675in、滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=19、接觸角α=10°，根據(jù)軸承外圈通過(guò)頻率公式f（Hz）=nfr（1-dcosα/D）/2計(jì)算可知105.63 Hz為該軸承的外圈故障頻率，而這種出現(xiàn)故障特征頻率及其倍頻的譜線正是典型的軸承外圈損傷頻譜特征，至此通過(guò)噪聲、振動(dòng)值、譜線結(jié)構(gòu)我們可以判定4點(diǎn)軸承外圈存在著一定程度上的缺陷。
    圖7、圖8分別為1月29日3A測(cè)點(diǎn)的速度頻譜圖（0~1000 Hz）及加速度頻譜圖（0~1000 Hz）。與4點(diǎn)軸承一樣，峰值出現(xiàn)在軸承外圈故障頻率及其倍頻處。雖然幅值較4點(diǎn)軸承小一些，但也表明軸承的狀況并不理想，存在故障隱患。

             
    針對(duì)上述情況我們意識(shí)到對(duì)于該臺(tái)設(shè)備，兩端的軸承會(huì)在短期內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)外圈缺陷，除了軸承正常的疲勞受損外應(yīng)該還有其他因素所導(dǎo)致。分析后首先排除了異物雜質(zhì)進(jìn)入軸承的可能，因?yàn)榫同F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，軸承座的哈夫面上完全沒(méi)有油脂的流出，應(yīng)該說(shuō)軸承的密封效果是可以得到保證的。其次通過(guò)振動(dòng)的譜線結(jié)構(gòu)我們排除了因?yàn)檗D(zhuǎn)軸的彎曲變形從而造成軸承受力不均導(dǎo)致磨損的可能，因?yàn)槿绻S發(fā)生彎曲變形頻譜上應(yīng)該會(huì)有轉(zhuǎn)頻與其倍頻的出現(xiàn)，而現(xiàn)在并沒(méi)有。
    最后我們分析認(rèn)為可能有兩個(gè)原因?qū)е逻@一結(jié)果：①軸承徑向游隙的過(guò)大使軸承在運(yùn)行中軸承滾珠在滾動(dòng)中產(chǎn)生滑動(dòng)從而擦傷了外圈的滾道表面。②軸承產(chǎn)生了軸向的竄動(dòng)，軸承保持架在受力不均的情況下與軸承外圈進(jìn)行局部刮啃最終損傷外滾道表面。就該臺(tái)設(shè)備而言，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸為一根光軸，錐套安裝在軸上，軸承通過(guò)圓螺母鎖緊在錐套上，如果軸套本身安裝不到位或因?yàn)殚L(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致圓螺母產(chǎn)生松動(dòng)都會(huì)使軸套與軸承內(nèi)圈配合不良（過(guò)盈量不足），使得軸承游隙偏大或軸向竄動(dòng)從而造成軸承外圈的磨損。因?yàn)閮啥溯S承都是運(yùn)行了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的軸承，因此我們認(rèn)為軸套本身安裝不當(dāng)?shù)目赡苄圆淮?，真正原因在于長(zhǎng)期運(yùn)行下鎖緊螺母的松動(dòng)從而導(dǎo)致了異常情況的出現(xiàn)，同時(shí)決定對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修以避免更嚴(yán)重的事故產(chǎn)生。
    3·檢修結(jié)果
    檢修的結(jié)果也基本證實(shí)了此前的判斷，打開(kāi)軸承座后發(fā)現(xiàn)兩端軸承的鎖緊螺母都產(chǎn)生了松動(dòng)，尤其是4點(diǎn)軸承鎖緊螺母松動(dòng)的非常嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得該軸承的間隙接近0.3 mm，取下軸承后發(fā)現(xiàn)兩端軸承的外滾道都有明顯損傷，4點(diǎn)軸承保持架也磨損的較為嚴(yán)重,這說(shuō)明鎖緊螺母的松動(dòng)最終導(dǎo)致了軸承游隙的變大及產(chǎn)生了軸向竄動(dòng)從而使?jié)L珠與保持架均與軸承外滾道進(jìn)行刮擦最終造成軸承外圈的磨損。檢修后，機(jī)組重新生產(chǎn)后所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

             
    可以看出，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)較檢修前都有所降低，尤其是兩端軸承的軸向方向測(cè)點(diǎn)，從檢修前的4.0 mm/s與6.7 mm/s降到了1.6 mm/s、1.5 mm/s，檢修后3A、4A測(cè)點(diǎn)的圖譜如圖9、圖10，峰值為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)頻，軸承故障頻率譜線已基本消失，風(fēng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

             
    4·經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)
    因?yàn)槲覐S的兩條生產(chǎn)線上相同結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)共有28臺(tái)，通過(guò)該案例使我們意識(shí)到對(duì)軸承鎖緊螺母的定期檢查至為重要，小的松動(dòng)就可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。停產(chǎn)期間我們對(duì)生產(chǎn)線上其余的風(fēng)機(jī)做了一次全面的檢查緊固發(fā)現(xiàn)有5臺(tái)風(fēng)機(jī)的軸承鎖緊螺母存在著不同程度的松動(dòng)，為生產(chǎn)的順利進(jìn)行及時(shí)消除了隱患。