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空氣壓縮機(jī)電機(jī)軸承失效分析
2009-12-21
陳明華，楊舸
（油建裝備技術(shù)服務(wù)公司）
（油建裝備技術(shù)服務(wù)公司）
摘 要：本文通過對空壓機(jī)電機(jī)軸承的失效分析，進(jìn)一步討論離線監(jiān)測系統(tǒng)的局限性，及相應(yīng)的解決對策。
關(guān)鍵詞：軸承失效分析；振動；離線監(jiān)測系統(tǒng)；局限性；解決對策
中圖分類號：TH 133.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
離線監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中針對普通旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用Z普遍Z成熟的技術(shù)。它在通常的設(shè)備故障診斷中能較為準(zhǔn)確的判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障類型以及嚴(yán)重程度，但對于某些設(shè)備故障的監(jiān)測與診斷，離線監(jiān)測卻顯得不能勝任。
在此筆者結(jié)合實際工作中遇到的空壓機(jī)電機(jī)軸承突然失效的案例，及針對該案例的分析來討論設(shè)備故障。
一、情況介紹
該空壓機(jī)采用離線監(jiān)測方式監(jiān)測。失效軸承為電機(jī)驅(qū)動端軸承?？諌簷C(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)見圖1。
關(guān)鍵詞：軸承失效分析；振動；離線監(jiān)測系統(tǒng)；局限性；解決對策
中圖分類號：TH 133.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
離線監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中針對普通旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用Z普遍Z成熟的技術(shù)。它在通常的設(shè)備故障診斷中能較為準(zhǔn)確的判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障類型以及嚴(yán)重程度，但對于某些設(shè)備故障的監(jiān)測與診斷，離線監(jiān)測卻顯得不能勝任。
在此筆者結(jié)合實際工作中遇到的空壓機(jī)電機(jī)軸承突然失效的案例，及針對該案例的分析來討論設(shè)備故障。
一、情況介紹
該空壓機(jī)采用離線監(jiān)測方式監(jiān)測。失效軸承為電機(jī)驅(qū)動端軸承?？諌簷C(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)見圖1。
電機(jī)轉(zhuǎn)速2960r/min (49.35Hz)；功率45kW；驅(qū)動端軸承型號NU312；非驅(qū)動端軸承型號6214ZC3；軸承潤滑方式為潤滑脂潤滑。
空壓機(jī)軸承失效前設(shè)備振動測試Z近的日期為2005年10月11日?？諌簷C(jī)軸承失效日期為2005年10月23日。失效過程：操作人員巡檢時未發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，但半小時后報警系統(tǒng)顯示空壓機(jī)異常停機(jī)，操作人員至現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動端軸承已抱軸。
該軸承于10月26日更新，10月30日對該壓縮機(jī)進(jìn)行了再次振動監(jiān)測。
在10月11日的時域波形圖中未見軸承因部件缺陷而引起的沖擊峰值，且時域波形圖中的Z高峰值小于10月30日時域波形圖中的Z高峰值。通過以上對比分析可知10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
二、軸承失效后的各部件反映的信息
軸承保持架隔離各滾子的橫筋大部分已掉落，它被擠壓程度不一。軸承內(nèi)圈滾道一半有明顯的凹痕，凹痕之間距離很近，另一半則沒有。大部分滾子上都有受壓變形的痕跡，但變形痕跡大小不一，將兩個滾子分別放在臨近的兩個凹痕上，兩個滾子則擠在一起沒有間距，在軸承的內(nèi)圈與外圈滾道未見軸承使用過程中的常見缺陷，如：磨損痕跡、疲勞剝落痕跡。
三、軸承失效過程分析
綜合振動分析及軸承各部件反映的信息判斷：軸承保持架在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不是受力部件；但當(dāng)設(shè)備運(yùn)行工況變化，或頻繁加卸載時，存在缺陷的軸承保持架會在附加載荷的反復(fù)作用下，缺陷逐步擴(kuò)展，使保持架橫筋斷裂，造成部分滾子相互擠壓，并將臨近的橫筋擠斷，軸承溫度急劇升高，Z終導(dǎo)致軸承失效。
四、結(jié)論
1．10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
2．軸承保持架橫筋存在局部裂紋缺陷。
3．變化的工況使軸承保持架承受額外附加載荷而失效，導(dǎo)致軸承Z終失效。
五、思考與討論
通過對空壓機(jī)軸承失效的分析，可以看到離線監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評估的不足，具體表現(xiàn)在以下兩類設(shè)備上。
1．設(shè)備故障初期因程度輕，從振動上不能表現(xiàn)出來，只有發(fā)展到較為嚴(yán)重時，才會表現(xiàn)出來。如：軸裂紋、滾動軸承保持架疲勞斷裂等。頻繁啟動或J頻繁加卸載和啟動扭矩大的設(shè)備易出現(xiàn)這類設(shè)備故障。
2．因工藝條件變化或誤操作而產(chǎn)生的設(shè)備振動，如：氣蝕、抽空、喘振、容積類設(shè)備出口憋壓等。傳送介質(zhì)溫度、壓力變化大，氣液混相和含雜質(zhì)的設(shè)備易出現(xiàn)這類設(shè)備故障。
以上這兩類設(shè)備故障發(fā)生時，都有溫度上升和振動上升的表現(xiàn)。一般來講類設(shè)備故障首先表現(xiàn)在溫度方面，當(dāng)設(shè)備故障發(fā)展到中后期時才會在振動方面明顯表現(xiàn)；第二類設(shè)備故障由于不是由設(shè)備本身原因產(chǎn)生，因而當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時通常直接表現(xiàn)在振動方面，但Z終會導(dǎo)致設(shè)備本身的故障，如：軸承故障、油封磨損、機(jī)封泄漏、轉(zhuǎn)子掃膛。
針對解決這兩類設(shè)備故障，可采取以下措施來彌補(bǔ)離線監(jiān)測系統(tǒng)的不足。
1．對于易發(fā)生類故障的設(shè)備應(yīng)加裝溫度傳感器，并設(shè)置溫度報警；當(dāng)溫度報警時，應(yīng)及時進(jìn)行現(xiàn)場測試分析。
2．對于易發(fā)生第二類故障的設(shè)備應(yīng)加裝振動傳感器，并設(shè)置振動報警；當(dāng)振動報警時，應(yīng)及時進(jìn)行現(xiàn)場測試分析。
空壓機(jī)軸承失效前設(shè)備振動測試Z近的日期為2005年10月11日?？諌簷C(jī)軸承失效日期為2005年10月23日。失效過程：操作人員巡檢時未發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，但半小時后報警系統(tǒng)顯示空壓機(jī)異常停機(jī)，操作人員至現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動端軸承已抱軸。
該軸承于10月26日更新，10月30日對該壓縮機(jī)進(jìn)行了再次振動監(jiān)測。
在10月11日的時域波形圖中未見軸承因部件缺陷而引起的沖擊峰值，且時域波形圖中的Z高峰值小于10月30日時域波形圖中的Z高峰值。通過以上對比分析可知10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
二、軸承失效后的各部件反映的信息
軸承保持架隔離各滾子的橫筋大部分已掉落，它被擠壓程度不一。軸承內(nèi)圈滾道一半有明顯的凹痕，凹痕之間距離很近，另一半則沒有。大部分滾子上都有受壓變形的痕跡，但變形痕跡大小不一，將兩個滾子分別放在臨近的兩個凹痕上，兩個滾子則擠在一起沒有間距，在軸承的內(nèi)圈與外圈滾道未見軸承使用過程中的常見缺陷，如：磨損痕跡、疲勞剝落痕跡。
三、軸承失效過程分析
綜合振動分析及軸承各部件反映的信息判斷：軸承保持架在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不是受力部件；但當(dāng)設(shè)備運(yùn)行工況變化，或頻繁加卸載時，存在缺陷的軸承保持架會在附加載荷的反復(fù)作用下，缺陷逐步擴(kuò)展，使保持架橫筋斷裂，造成部分滾子相互擠壓，并將臨近的橫筋擠斷，軸承溫度急劇升高，Z終導(dǎo)致軸承失效。
四、結(jié)論
1．10月11日該軸承從振動數(shù)據(jù)來看仍然處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
2．軸承保持架橫筋存在局部裂紋缺陷。
3．變化的工況使軸承保持架承受額外附加載荷而失效，導(dǎo)致軸承Z終失效。
五、思考與討論
通過對空壓機(jī)軸承失效的分析，可以看到離線監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評估的不足，具體表現(xiàn)在以下兩類設(shè)備上。
1．設(shè)備故障初期因程度輕，從振動上不能表現(xiàn)出來，只有發(fā)展到較為嚴(yán)重時，才會表現(xiàn)出來。如：軸裂紋、滾動軸承保持架疲勞斷裂等。頻繁啟動或J頻繁加卸載和啟動扭矩大的設(shè)備易出現(xiàn)這類設(shè)備故障。
2．因工藝條件變化或誤操作而產(chǎn)生的設(shè)備振動，如：氣蝕、抽空、喘振、容積類設(shè)備出口憋壓等。傳送介質(zhì)溫度、壓力變化大，氣液混相和含雜質(zhì)的設(shè)備易出現(xiàn)這類設(shè)備故障。
以上這兩類設(shè)備故障發(fā)生時，都有溫度上升和振動上升的表現(xiàn)。一般來講類設(shè)備故障首先表現(xiàn)在溫度方面，當(dāng)設(shè)備故障發(fā)展到中后期時才會在振動方面明顯表現(xiàn)；第二類設(shè)備故障由于不是由設(shè)備本身原因產(chǎn)生，因而當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時通常直接表現(xiàn)在振動方面，但Z終會導(dǎo)致設(shè)備本身的故障，如：軸承故障、油封磨損、機(jī)封泄漏、轉(zhuǎn)子掃膛。
針對解決這兩類設(shè)備故障，可采取以下措施來彌補(bǔ)離線監(jiān)測系統(tǒng)的不足。
1．對于易發(fā)生類故障的設(shè)備應(yīng)加裝溫度傳感器，并設(shè)置溫度報警；當(dāng)溫度報警時，應(yīng)及時進(jìn)行現(xiàn)場測試分析。
2．對于易發(fā)生第二類故障的設(shè)備應(yīng)加裝振動傳感器，并設(shè)置振動報警；當(dāng)振動報警時，應(yīng)及時進(jìn)行現(xiàn)場測試分析。
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