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風(fēng)機(jī)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈松動(dòng)的診斷

2012-11-26

作者：韋東1　劉晶2　項(xiàng)平2
（1.天津石化公司乙烯廠；2.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院）
　　摘　要：通過實(shí)際監(jiān)測給出了風(fēng)機(jī)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈松動(dòng)時(shí)的故障頻譜圖和波形圖，對此類故障做出診斷。
　　關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；軸承；松動(dòng)
　　0　引言
　　在城市燃?xì)夂褪突て髽I(yè)，經(jīng)常用風(fēng)機(jī)加壓或抽引氣體，風(fēng)機(jī)系轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，多采用滾動(dòng)軸承。在實(shí)際運(yùn)行中，這種設(shè)備發(fā)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(dǎo)致軸承在運(yùn)行當(dāng)中發(fā)生松動(dòng)，也是引起設(shè)備故障的原因之一。前者可以根據(jù)軸承的幾何尺寸和設(shè)備轉(zhuǎn)速，計(jì)算出軸承的故障基礎(chǔ)頻率，在頻域頻譜圖中進(jìn)行相應(yīng)的診斷，而這種方法并不適用于后者。本文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際振動(dòng)測試、診斷的例子，來闡述滾動(dòng)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)松動(dòng)時(shí)的特征頻譜及其相應(yīng)的時(shí)域波形圖的特征。
　　1　設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
　　天津石化公司乙烯廠5號裂解爐引風(fēng)機(jī)有異響，我們對此引風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行連續(xù)的振動(dòng)監(jiān)測，以下為引風(fēng)機(jī)和測試儀器的主要技術(shù)參數(shù)。
　　引風(fēng)機(jī)參數(shù)：功率45.4kW，轉(zhuǎn)速750r/min。振動(dòng)測試儀器參數(shù)：靈敏度0.10V/G，探頭響應(yīng)頻率2～1500Hz，分辨率400線，平均次數(shù)4。
　　2　診斷過程[1]
　　表1為風(fēng)機(jī)各點(diǎn)振動(dòng)值，振動(dòng)頻譜圖見圖1。由表1可以看出，測點(diǎn)MIH，MIV的振動(dòng)值Z大，并且其頻譜中峰值也比其他各點(diǎn)大。圖2為測點(diǎn)MIV點(diǎn)的波形圖和頻譜圖，圖3為MIV點(diǎn)振動(dòng)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(dá)到1.35G，呈振鈴狀圖形，波峰因子值達(dá)6.33。由以上情況可以判斷，電機(jī)聯(lián)軸節(jié)側(cè)的軸承存在問題。由此點(diǎn)的頻譜圖可以看到，主要的振動(dòng)量都集中在1-20倍轉(zhuǎn)速這一低頻范圍內(nèi)，而通常軸承本體具有缺陷的典型頻譜圖，振動(dòng)能量應(yīng)在高頻段有一定的非同步諧波成分體現(xiàn)，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(jī)轉(zhuǎn)速頻率的低頻同步峰值，主要分布于1-18倍轉(zhuǎn)速之間，說明此設(shè)備有松動(dòng)的因素。在現(xiàn)場測試的過程中，還發(fā)現(xiàn)振動(dòng)呈現(xiàn)不規(guī)律非周期性的波動(dòng)，振動(dòng)值在0.9-5.6mm/s變化，同時(shí)伴有較大的異響。由以往經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)有一臺(tái)離心泵，因葉輪口環(huán)脫落，造成口環(huán)由葉輪帶動(dòng)產(chǎn)生激振，其振動(dòng)和噪聲的情況與此電機(jī)的情況相類似。由以上情況，可以初步判斷風(fēng)機(jī)電機(jī)的振動(dòng)是由于聯(lián)軸節(jié)側(cè)的軸承發(fā)生松動(dòng)導(dǎo)致。
　　表1 風(fēng)機(jī)各點(diǎn)的振動(dòng)值 mm/s

圖1 風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜圖
 
　　此引風(fēng)機(jī)在檢修中發(fā)現(xiàn)電機(jī)聯(lián)軸節(jié)側(cè)的軸承內(nèi)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(nèi)、外圈及滾動(dòng)體和保持架較為完好，同時(shí)電機(jī)后側(cè)以及引風(fēng)機(jī)兩端的軸承都完好。在更換軸承后，風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行正常。引風(fēng)機(jī)各點(diǎn)軸承更換后振動(dòng)值也見表1，以供對比。
圖2 MIV點(diǎn)的頻譜和波形圖
圖3 MIV點(diǎn)各時(shí)期對比圖
 
　　3　結(jié)果分析
　　此次故障發(fā)生在軸承的內(nèi)圈，所發(fā)出的故障信號要受到設(shè)備轉(zhuǎn)速的調(diào)制。在圖2中通過測量得峰值間隔為80.57ms，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為750r/min，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T=80ms，與波形圖中的峰值間隔時(shí)間基本吻合。在圖3中，由于振動(dòng)的激勵(lì)，在轉(zhuǎn)速7倍上產(chǎn)生較大的峰值，并隨故障的發(fā)展而成為頻譜中的主導(dǎo)峰值，但在波形圖中，相對應(yīng)的波形信號依然明顯地受到電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率的調(diào)制，呈振鈴狀圖形。由此可以看出，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生內(nèi)圈松動(dòng)的時(shí)域波形圖和頻譜圖的特點(diǎn)：
　　(1)在時(shí)域波形圖中有較大的沖擊，并且信號被設(shè)備轉(zhuǎn)速所調(diào)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(fēng)機(jī)葉輪側(cè)軸承內(nèi)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)周期80ms相吻合，波峰因子值為4.73；頻譜圖中主要為主頻機(jī)其倍頻峰值，符合以上分析。
　　4　結(jié)論
　　在對軸承的診斷當(dāng)中，應(yīng)以時(shí)域波形圖作為首要判斷手段，無論是軸承本體故障還是內(nèi)圈的松動(dòng)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(nèi)圈松動(dòng)，圖形還表現(xiàn)為信號始終受到設(shè)備轉(zhuǎn)速頻率的調(diào)制，即峰值的間隔時(shí)間為設(shè)備轉(zhuǎn)速周期；內(nèi)圈松動(dòng)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(fēng)機(jī)POV點(diǎn)頻譜和波形圖
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 沈慶根．化工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M]．杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.
來源：《煤氣與熱力》2004年02期