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風機滾動軸承內圈松動的診斷
2012-11-26
作者：韋東1 劉晶2 項平2
（1.天津石化公司乙烯廠；2.中國市政工程華北設計研究院）
摘 要：通過實際監測給出了風機滾動軸承內圈松動時的故障頻譜圖和波形圖，對此類故障做出診斷。（1.天津石化公司乙烯廠；2.中國市政工程華北設計研究院）
關鍵詞：風機；軸承；松動
0 引言
在城市燃氣和石油化工企業，經常用風機加壓或抽引氣體，風機系轉動設備，多采用滾動軸承。在實際運行中，這種設備發生故障的原因，除了由于軸承本體的缺陷、磨損外，由于安裝、裝配等，導致軸承在運行當中發生松動，也是引起設備故障的原因之一。前者可以根據軸承的幾何尺寸和設備轉速，計算出軸承的故障基礎頻率，在頻域頻譜圖中進行相應的診斷，而這種方法并不適用于后者。本文結合現場實際振動測試、診斷的例子，來闡述滾動軸承內圈出現松動時的特征頻譜及其相應的時域波形圖的特征。
1 設備主要技術參數
天津石化公司乙烯廠5號裂解爐引風機有異響，我們對此引風機及其驅動電機進行連續的振動監測，以下為引風機和測試儀器的主要技術參數。
引風機參數：功率45.4kW，轉速750r/min。振動測試儀器參數：靈敏度0.10V/G，探頭響應頻率2～1500Hz，分辨率400線，平均次數4。
2 診斷過程[1]
表1為風機各點振動值，振動頻譜圖見圖1。由表1可以看出，測點MIH，MIV的振動值Z大，并且其頻譜中峰值也比其他各點大。圖2為測點MIV點的波形圖和頻譜圖，圖3為MIV點振動頻譜的對比圖。由波形圖可以看到，圖形具有較大的沖擊，Z大峰值達到1.35G，呈振鈴狀圖形，波峰因子值達6.33。由以上情況可以判斷，電機聯軸節側的軸承存在問題。由此點的頻譜圖可以看到，主要的振動量都集中在1-20倍轉速這一低頻范圍內，而通常軸承本體具有缺陷的典型頻譜圖，振動能量應在高頻段有一定的非同步諧波成分體現，因而可以排除軸承本體存在故障的可能。同樣在此頻譜圖中，可以看到圖形具有很多的電機轉速頻率的低頻同步峰值，主要分布于1-18倍轉速之間，說明此設備有松動的因素。在現場測試的過程中，還發現振動呈現不規律非周期性的波動，振動值在0.9-5.6mm/s變化，同時伴有較大的異響。由以往經驗，曾經有一臺離心泵，因葉輪口環脫落，造成口環由葉輪帶動產生激振，其振動和噪聲的情況與此電機的情況相類似。由以上情況，可以初步判斷風機電機的振動是由于聯軸節側的軸承發生松動導致。
表1 風機各點的振動值 mm/s
圖1 風機振動頻譜圖
此引風機在檢修中發現電機聯軸節側的軸承內圈松脫耍圈，將與之配合處的軸頸磨出深近0.5mm的溝槽，而軸承本體內、外圈及滾動體和保持架較為完好，同時電機后側以及引風機兩端的軸承都完好。在更換軸承后，風機和驅動電機運行正常。引風機各點軸承更換后振動值也見表1，以供對比。
圖2 MIV點的頻譜和波形圖
圖3 MIV點各時期對比圖
3 結果分析此次故障發生在軸承的內圈，所發出的故障信號要受到設備轉速的調制。在圖2中通過測量得峰值間隔為80.57ms，風機驅動電機的轉速為750r/min，電機的轉動的周期T=80ms，與波形圖中的峰值間隔時間基本吻合。在圖3中，由于振動的激勵，在轉速7倍上產生較大的峰值，并隨故障的發展而成為頻譜中的主導峰值，但在波形圖中，相對應的波形信號依然明顯地受到電機轉速頻率的調制，呈振鈴狀圖形。由此可以看出，滾動軸承產生內圈松動的時域波形圖和頻譜圖的特點：
(1)在時域波形圖中有較大的沖擊，并且信號被設備轉速所調制。
(2)頻譜圖中主要為主頻及其倍頻諧波峰值。
圖4為2號爐風機葉輪側軸承內圈耍圈的頻譜和波形圖，波形圖呈振鈴狀，峰值間隔為81ms，與風機轉動周期80ms相吻合，波峰因子值為4.73；頻譜圖中主要為主頻機其倍頻峰值，符合以上分析。
4 結論
在對軸承的診斷當中，應以時域波形圖作為首要判斷手段，無論是軸承本體故障還是內圈的松動引起的故障，都有很大的沖擊，波峰因子值較大。具體到軸承內圈松動，圖形還表現為信號始終受到設備轉速頻率的調制，即峰值的間隔時間為設備轉速周期；內圈松動在頻譜圖形為主頻及其低頻段的同步倍頻成分，而沒有高頻段的非同步成分。
圖4 2號爐風機POV點頻譜和波形圖
參考文獻：[1] 沈慶根．化工機器故障診斷技術[M]．杭州：浙江大學出版社，1994.
來源：《煤氣與熱力》2004年02期
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