换热器引风风机轴承的故障诊断和分析处理

杨程

（马鞍山钢铁股份有限公司彩涂板厂，安徽马鞍山243000）

    【摘要】通过对风机的振动监测结合频谱分析，诊断故障为轴承外圈存在缺陷，通过对产生原因的分析研究，采取相应措施避免了同类故障的再次发生。
    【关键词】风机；振动；故障；频率；螺母
    【中图分类号】TH44【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2011)05-0027-03
    1·设备概况
    换热器引风风机是马钢公司彩涂板厂后燃烧系统的重点设备，其主要作用是将2#换热器内已经过热交换的烟气抽至烟囱进行排放。若该台设备发生故障会使高温烟气无法顺畅流动而影响换热器的换热效果导致生产无法继续进行，因此该设备是我们重点监控的对象。
    它的结构简图及测点布置如图1。

            
    风机为悬臂式，其安装方式为风机和电机公用一个钢基础，该钢基础通过橡胶垫弹性支撑于混凝土基础上。
    电机与风机之间通过皮带轮进行连接。电机功率132 kW，转速1480 r/min。3#、4#测点轴承型号为SKF22224-EK/C3。大皮带轮直径为630 mm，小皮带轮直径为335 mm，皮带长度4000 mm，总数为5根。
    2·诊断与分析
    2010年1月份，点检员在日常点检中发现该台风机振动较大，尤其是靠近叶轮端的4#轴承时有异响现象，针对该情况我们利用上海华阳公司的HY-106B型巡检仪对两端轴承进行了一段时间的跟踪检测。该段时间内具体的振动数值见表1。

            
    通过表1可以看出4#轴承的振动值较其他轴承偏大，主要体现在轴向方向，最大已经达到了6.7mm/s。3#轴承的轴向方向振动在29日这天也有增大的趋势，总体而言风机的两个轴承轴向振动相对偏高。同时结合ISO10186国际振动标准来看（额定功率大于15 kW小于300 kW的中型机器），4A方向的振动值已经接近其“危险”等级7.1 mm/s，这表明轴承可能存在潜在的隐患。

             
    图2、图3、图4分别为1月27日4A测点的速度频谱图（0~1000 Hz）及加速度频谱图（0~1000 Hz和0~5000 Hz）。速度频谱图中峰值主要集中在105.63 Hz及其3倍频316.88 Hz处，加速度图谱中，峰值同样出现于105.63 Hz及其高次谐波处，其中3倍频316.88 Hz处最高。图5、图6分别为当天4H、4V测点的速度频谱图，峰值主要出现在风机轴的转频13.13 Hz处以及105.63 Hz及其谐波。

            
            
    前期此台风机的振动速度频谱上峰值均是风机轴的转频13.1 Hz，105.63 Hz的峰值从未出现过，对于该频率及其谐波的出现我们初步判定这应该是风机4点轴承的故障，因为对于转频为13.1 Hz的风机在105.63 Hz时出现峰值已经基本排除了是叶轮的平衡或对中等问题。
    通过对SKF22224EK滚动轴承的几何参数查找得到其滚动体直径d=1.008in、轴承节径D=6.675in、滚动体个数Z=19、接触角α=10°，根据轴承外圈通过频率公式f（Hz）=nfr（1-dcosα/D）/2计算可知105.63 Hz为该轴承的外圈故障频率，而这种出现故障特征频率及其倍频的谱线正是典型的轴承外圈损伤频谱特征，至此通过噪声、振动值、谱线结构我们可以判定4点轴承外圈存在着一定程度上的缺陷。
    图7、图8分别为1月29日3A测点的速度频谱图（0~1000 Hz）及加速度频谱图（0~1000 Hz）。与4点轴承一样，峰值出现在轴承外圈故障频率及其倍频处。虽然幅值较4点轴承小一些，但也表明轴承的状况并不理想，存在故障隐患。

             
    针对上述情况我们意识到对于该台设备，两端的轴承会在短期内同时出现外圈缺陷，除了轴承正常的疲劳受损外应该还有其他因素所导致。分析后首先排除了异物杂质进入轴承的可能，因为就现场的实际情况来看，轴承座的哈夫面上完全没有油脂的流出，应该说轴承的密封效果是可以得到保证的。其次通过振动的谱线结构我们排除了因为转轴的弯曲变形从而造成轴承受力不均导致磨损的可能，因为如果轴发生弯曲变形频谱上应该会有转频与其倍频的出现，而现在并没有。
    最后我们分析认为可能有两个原因导致这一结果：①轴承径向游隙的过大使轴承在运行中轴承滚珠在滚动中产生滑动从而擦伤了外圈的滚道表面。②轴承产生了轴向的窜动，轴承保持架在受力不均的情况下与轴承外圈进行局部刮啃最终损伤外滚道表面。就该台设备而言，因为风机转轴为一根光轴，锥套安装在轴上，轴承通过圆螺母锁紧在锥套上，如果轴套本身安装不到位或因为长期高速旋转导致圆螺母产生松动都会使轴套与轴承内圈配合不良（过盈量不足），使得轴承游隙偏大或轴向窜动从而造成轴承外圈的磨损。因为两端轴承都是运行了相当长时间的轴承，因此我们认为轴套本身安装不当的可能性不大，真正原因在于长期运行下锁紧螺母的松动从而导致了异常情况的出现，同时决定对风机进行检修以避免更严重的事故产生。
    3·检修结果
    检修的结果也基本证实了此前的判断，打开轴承座后发现两端轴承的锁紧螺母都产生了松动，尤其是4点轴承锁紧螺母松动的非常严重，现场测得该轴承的间隙接近0.3 mm，取下轴承后发现两端轴承的外滚道都有明显损伤，4点轴承保持架也磨损的较为严重,这说明锁紧螺母的松动最终导致了轴承游隙的变大及产生了轴向窜动从而使滚珠与保持架均与轴承外滚道进行刮擦最终造成轴承外圈的磨损。检修后，机组重新生产后所监测的数据见表3。

             
    可以看出，各个测点的数据较检修前都有所降低，尤其是两端轴承的轴向方向测点，从检修前的4.0 mm/s与6.7 mm/s降到了1.6 mm/s、1.5 mm/s，检修后3A、4A测点的图谱如图9、图10，峰值为风机的转频，轴承故障频率谱线已基本消失，风机进入正常运行状态。

             
    4·经验及总结
    因为我厂的两条生产线上相同结构的风机共有28台，通过该案例使我们意识到对轴承锁紧螺母的定期检查至为重要，小的松动就可能会导致严重的后果。停产期间我们对生产线上其余的风机做了一次全面的检查紧固发现有5台风机的轴承锁紧螺母存在着不同程度的松动，为生产的顺利进行及时消除了隐患。