換熱器引風風機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】通過對風機的振動監測結合頻譜分析，診斷故障為軸承外圈存在缺陷，通過對產生原因的分析研究，采取相應措施避免了同類故障的再次發生。
    【關鍵詞】風機；振動；故障；頻率；螺母
    【中圖分類號】TH44【文獻標識碼】B【文章編號】1006-6764(2011)05-0027-03
    1·設備概況
    換熱器引風風機是馬鋼公司彩涂板廠后燃燒系統的重點設備，其主要作用是將2#換熱器內已經過熱交換的煙氣抽至煙囪進行排放。若該臺設備發生故障會使高溫煙氣無法順暢流動而影響換熱器的換熱效果導致生產無法繼續進行，因此該設備是我們重點監控的對象。
    它的結構簡圖及測點布置如圖1。

            
    風機為懸臂式，其安裝方式為風機和電機公用一個鋼基礎，該鋼基礎通過橡膠墊彈性支撐于混凝土基礎上。
    電機與風機之間通過皮帶輪進行連接。電機功率132 kW，轉速1480 r/min。3#、4#測點軸承型號為SKF22224-EK/C3。大皮帶輪直徑為630 mm，小皮帶輪直徑為335 mm，皮帶長度4000 mm，總數為5根。
    2·診斷與分析
    2010年1月份，點檢員在日常點檢中發現該臺風機振動較大，尤其是靠近葉輪端的4#軸承時有異響現象，針對該情況我們利用上海華陽公司的HY-106B型巡檢儀對兩端軸承進行了一段時間的跟蹤檢測。該段時間內具體的振動數值見表1。

            
    通過表1可以看出4#軸承的振動值較其他軸承偏大，主要體現在軸向方向，最大已經達到了6.7mm/s。3#軸承的軸向方向振動在29日這天也有增大的趨勢，總體而言風機的兩個軸承軸向振動相對偏高。同時結合ISO10186國際振動標準來看（額定功率大于15 kW小于300 kW的中型機器），4A方向的振動值已經接近其“危險”等級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測點的速度頻譜圖（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分別為當天4H、4V測點的速度頻譜圖，峰值主要出現在風機軸的轉頻13.13 Hz處以及105.63 Hz及其諧波。

            
            
    前期此臺風機的振動速度頻譜上峰值均是風機軸的轉頻13.1 Hz，105.63 Hz的峰值從未出現過，對于該頻率及其諧波的出現我們初步判定這應該是風機4點軸承的故障，因為對于轉頻為13.1 Hz的風機在105.63 Hz時出現峰值已經基本排除了是葉輪的平衡或對中等問題。
    通過對SKF22224EK滾動軸承的幾何參數查找得到其滾動體直徑d=1.008in、軸承節徑D=6.675in、滾動體個數Z=19、接觸角α=10°，根據軸承外圈通過頻率公式f（Hz）=nfr（1-dcosα/D）/2計算可知105.63 Hz為該軸承的外圈故障頻率，而這種出現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，至此通過噪聲、振動值、譜線結構我們可以判定4點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測點的速度頻譜圖（0~1000 Hz）及加速度頻譜圖（0~1000 Hz）。與4點軸承一樣，峰值出現在軸承外圈故障頻率及其倍頻處。雖然幅值較4點軸承小一些，但也表明軸承的狀況并不理想，存在故障隱患。

             
    針對上述情況我們意識到對于該臺設備，兩端的軸承會在短期內同時出現外圈缺陷，除了軸承正常的疲勞受損外應該還有其他因素所導致。分析后首先排除了異物雜質進入軸承的可能，因為就現場的實際情況來看，軸承座的哈夫面上完全沒有油脂的流出，應該說軸承的密封效果是可以得到保證的。其次通過振動的譜線結構我們排除了因為轉軸的彎曲變形從而造成軸承受力不均導致磨損的可能，因為如果軸發生彎曲變形頻譜上應該會有轉頻與其倍頻的出現，而現在并沒有。
    最后我們分析認為可能有兩個原因導致這一結果：①軸承徑向游隙的過大使軸承在運行中軸承滾珠在滾動中產生滑動從而擦傷了外圈的滾道表面。②軸承產生了軸向的竄動，軸承保持架在受力不均的情況下與軸承外圈進行局部刮啃最終損傷外滾道表面。就該臺設備而言，因為風機轉軸為一根光軸，錐套安裝在軸上，軸承通過圓螺母鎖緊在錐套上，如果軸套本身安裝不到位或因為長期高速旋轉導致圓螺母產生松動都會使軸套與軸承內圈配合不良（過盈量不足），使得軸承游隙偏大或軸向竄動從而造成軸承外圈的磨損。因為兩端軸承都是運行了相當長時間的軸承，因此我們認為軸套本身安裝不當的可能性不大，真正原因在于長期運行下鎖緊螺母的松動從而導致了異常情況的出現，同時決定對風機進行檢修以避免更嚴重的事故產生。
    3·檢修結果
    檢修的結果也基本證實了此前的判斷，打開軸承座后發現兩端軸承的鎖緊螺母都產生了松動，尤其是4點軸承鎖緊螺母松動的非常嚴重，現場測得該軸承的間隙接近0.3 mm，取下軸承后發現兩端軸承的外滾道都有明顯損傷，4點軸承保持架也磨損的較為嚴重,這說明鎖緊螺母的松動最終導致了軸承游隙的變大及產生了軸向竄動從而使滾珠與保持架均與軸承外滾道進行刮擦最終造成軸承外圈的磨損。檢修后，機組重新生產后所監測的數據見表3。

             
    可以看出，各個測點的數據較檢修前都有所降低，尤其是兩端軸承的軸向方向測點，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測點的圖譜如圖9、圖10，峰值為風機的轉頻，軸承故障頻率譜線已基本消失，風機進入正常運行狀態。

             
    4·經驗及總結
    因為我廠的兩條生產線上相同結構的風機共有28臺，通過該案例使我們意識到對軸承鎖緊螺母的定期檢查至為重要，小的松動就可能會導致嚴重的后果。停產期間我們對生產線上其余的風機做了一次全面的檢查緊固發現有5臺風機的軸承鎖緊螺母存在著不同程度的松動，為生產的順利進行及時消除了隱患。