风机滚动轴承内圈松动的诊断
2012-11-26
作者：韦东1 刘晶2 项平2
（1.天津石化公司乙烯厂；2.中国市政工程华北设计研究院）
摘 要：通过实际监测给出了风机滚动轴承内圈松动时的故障频谱图和波形图，对此类故障做出诊断。（1.天津石化公司乙烯厂；2.中国市政工程华北设计研究院）
关键词：风机；轴承；松动
0 引言
在城市燃气和石油化工企业，经常用风机加压或抽引气体，风机系转动设备，多采用滚动轴承。在实际运行中，这种设备发生故障的原因，除了由于轴承本体的缺陷、磨损外，由于安装、装配等，导致轴承在运行当中发生松动，也是引起设备故障的原因之一。前者可以根据轴承的几何尺寸和设备转速，计算出轴承的故障基础频率，在频域频谱图中进行相应的诊断，而这种方法并不适用于后者。本文结合现场实际振动测试、诊断的例子，来阐述滚动轴承内圈出现松动时的特征频谱及其相应的时域波形图的特征。
1 设备主要技术参数
天津石化公司乙烯厂5号裂解炉引风机有异响，我们对此引风机及其驱动电机进行连续的振动监测，以下为引风机和测试仪器的主要技术参数。
引风机参数：功率45.4kW，转速750r/min。振动测试仪器参数：灵敏度0.10V/G，探头响应频率2～1500Hz，分辨率400线，平均次数4。
2 诊断过程[1]
表1为风机各点振动值，振动频谱图见图1。由表1可以看出，测点MIH，MIV的振动值Z大，并且其频谱中峰值也比其他各点大。图2为测点MIV点的波形图和频谱图，图3为MIV点振动频谱的对比图。由波形图可以看到，图形具有较大的冲击，Z大峰值达到1.35G，呈振铃状图形，波峰因子值达6.33。由以上情况可以判断，电机联轴节侧的轴承存在问题。由此点的频谱图可以看到，主要的振动量都集中在1-20倍转速这一低频范围内，而通常轴承本体具有缺陷的典型频谱图，振动能量应在高频段有一定的非同步谐波成分体现，因而可以排除轴承本体存在故障的可能。同样在此频谱图中，可以看到图形具有很多的电机转速频率的低频同步峰值，主要分布于1-18倍转速之间，说明此设备有松动的因素。在现场测试的过程中，还发现振动呈现不规律非周期性的波动，振动值在0.9-5.6mm/s变化，同时伴有较大的异响。由以往经验，曾经有一台离心泵，因叶轮口环脱落，造成口环由叶轮带动产生激振，其振动和噪声的情况与此电机的情况相类似。由以上情况，可以初步判断风机电机的振动是由于联轴节侧的轴承发生松动导致。
表1 风机各点的振动值 mm/s
图1 风机振动频谱图
此引风机在检修中发现电机联轴节侧的轴承内圈松脱耍圈，将与之配合处的轴颈磨出深近0.5mm的沟槽，而轴承本体内、外圈及滚动体和保持架较为完好，同时电机后侧以及引风机两端的轴承都完好。在更换轴承后，风机和驱动电机运行正常。引风机各点轴承更换后振动值也见表1，以供对比。
图2 MIV点的频谱和波形图
图3 MIV点各时期对比图
3 结果分析此次故障发生在轴承的内圈，所发出的故障信号要受到设备转速的调制。在图2中通过测量得峰值间隔为80.57ms，风机驱动电机的转速为750r/min，电机的转动的周期T=80ms，与波形图中的峰值间隔时间基本吻合。在图3中，由于振动的激励，在转速7倍上产生较大的峰值，并随故障的发展而成为频谱中的主导峰值，但在波形图中，相对应的波形信号依然明显地受到电机转速频率的调制，呈振铃状图形。由此可以看出，滚动轴承产生内圈松动的时域波形图和频谱图的特点：
(1)在时域波形图中有较大的冲击，并且信号被设备转速所调制。
(2)频谱图中主要为主频及其倍频谐波峰值。
图4为2号炉风机叶轮侧轴承内圈耍圈的频谱和波形图，波形图呈振铃状，峰值间隔为81ms，与风机转动周期80ms相吻合，波峰因子值为4.73；频谱图中主要为主频机其倍频峰值，符合以上分析。
4 结论
在对轴承的诊断当中，应以时域波形图作为首要判断手段，无论是轴承本体故障还是内圈的松动引起的故障，都有很大的冲击，波峰因子值较大。具体到轴承内圈松动，图形还表现为信号始终受到设备转速频率的调制，即峰值的间隔时间为设备转速周期；内圈松动在频谱图形为主频及其低频段的同步倍频成分，而没有高频段的非同步成分。
图4 2号炉风机POV点频谱和波形图
参考文献：[1] 沈庆根．化工机器故障诊断技术[M]．杭州：浙江大学出版社，1994.
来源：《煤气与热力》2004年02期
