淺談2500KW風機主軸滾動軸承故障診斷

摘要：滾動軸承在設備中的應用非常廣泛，它應用于大型旋轉設備重要部位，其狀態好壞直接關系到旋轉設備的運行狀態，因此，實際生產中作好滾動軸承狀態監測與故障診斷是搞好設備維修與管理的重要環節。我公司2500KW風機房是井下通風系統的主扇風機房，現有兩臺2500KW離心式通風機，它關系著全礦井下安全通風。運轉風機一旦出現事故，直接影響井下作業人員的人身安全，所以必須加強主扇風機各個環節的管理，確保安全運轉。2500KW風機主要的易損件就是滾動軸承，我公司選用軸承型號為22340CA/W33國產軸承。因此我們對風機主軸的滾動軸承非常關注，并在日常生產運轉中對軸承溫升，故障診斷以及振動分析都做了詳細的記錄，我們經過長期實踐與摸索，積累了一些滾動軸承實際故障診斷和分析。

關鍵詞 滾動軸承；故障診斷；振動分析

1.滾動軸承故障診斷的方式

對滾動軸承進行狀態監測和故障診斷的方法是利用頻譜分析對其滾動軸承進行振動分析。實際中需注意選擇測點的位置和采集方法。要想真實準確反映滾動軸承振動狀態，必須注意采集的信號準確真實，因此要在離軸承最近的地方安排測點，我們在2500KW風機軸承瓦坐的垂直和水平方向分別安放軸承振動的測點；另外必須注意對振動信號進行多次采集和分析，綜合進行比較。才能得到準確結論。

2.滾動軸承正常運行的特點與實用診斷

我們在2500KW風機長期生產運轉狀態監測中發現，滾動軸承在其使用過程中表現出很強的規律性，并且重復性非常好。新安裝的軸承在開始使用時，振動和噪聲均比較小，但頻譜有些散亂，幅值都較小，可能是由于制造過程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

運動一段時間后，振動和噪聲維持一定水平，頻譜非常單一，僅出現一、二倍頻。（一倍頻即與轉速相同的頻率，也稱基頻或同頻）極少出現三倍工頻以上頻譜，此時軸承狀態非常穩定，進入穩定工作期。

繼續運行后進入使用后期，軸承振動和噪聲開始增大，有時出現異音，但振動增大的變化較緩慢，此時，軸承峭度值開始突然達到一定數值（峭度作為時域分析中常用的指標，主要用來衡量振動信號的振幅偏離正態分布的程度，它與軸承轉速、尺寸、載荷等無關，所以作為一個無量綱指標，用來度量機械故障的程度，能夠很好地確定出共振頻率所在的頻段，有利于提取出沖擊成分）。我們認為，此時軸承即表現為初期故障。這時，就要求對該軸承進行嚴密監測，密切注意其變化。此后，軸承峭度值又開始快速下降，并接近正常值，而振動和噪聲開始顯著增大，其增大幅度開始加快，當振動超過振動標準時（如ISO2372標準，即國際標準化組織制定的設備振動國際標準），其軸承峭度值也開始快速增大，當既超過振動標準，而峭度值也超過正常值（可用峭度相對標準）時，我們認為軸承已進入晚期故障，需及時檢修設備，更換滾動軸承。

軸承表現出晚期故障特征到出現嚴重故障（一般為軸承損壞如抱軸、燒傷、沙架散裂、滾道、珠粒磨損等）時間大都不超過五至七天，此時，我們就會立即安排倒備用風車，然后對其進行檢修。

3.使用中的滾動軸承快速診斷

我們在實際狀態監測中，往往只需判斷滾動軸承好壞，能用多長時間，而精密分析及診斷中診斷軸承某個部位故障往往實用性不大。實際中精密診斷由于受工況等因素影響，時常找不出滾動軸承對應的特征頻率。雖然近幾年發展的小波分析（小波（Wavelet）這一術語，顧名思義，“小波”就是小的波形。所謂“小”是指它具有衰減性；而稱之為“波”則是指它的波動性，其振幅正負相間的震蕩形式。與Fourier變換相比，小波變換是時間（空間）頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運算對信號（函數）逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節，解決了Fourier變換的困難問題，成為繼Fourier變換（傅里葉變換）以來在科學方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數學顯微鏡”。）與快速共振解調分析技術（共振解調技術，是振動檢測技術的發展和延伸。它從振動檢測技術分離并發展起來，在發展中融入聲學、聲發射、應變、應力檢測而拓寬了其對于工業故障診斷的服務領域。）比較準確，但所需設備投入較大，還需進行較多分析，一般較少應用。我們在實用診斷上采取有量綱參數與無量綱參數結合判斷進行軸承快速故障診斷，即采用頻譜分析中頻率振動速度，結合軸承峭度值進行綜合診斷。當兩個條件均超過標準時，我們判斷軸承存在故障。

另外，當監測到滾動軸承低頻振動非常大的時候，排除風機機組不對中、不平衡、結構松動、基礎共振結構性因素后，即使無滾動軸承特征頻率，此時，我們也判斷滾動軸承故障進行檢修。

4.使用中的滾動軸承頻譜分析與診斷

現在數據采集器使用已比較普遍。唐山礦業分公司2500KW風機軸承數據采集也已經有近7年，我們在長時間的實用中對滾動軸承也有總結。對于振動不大，軸承峭度不大，頻譜復雜的振動信號，在現場難以判斷有無故障情況時，我們將振動信號采集回來，傳到計算機進行精密分析。此時，先進行常規分析，檢查振動速度頻譜和軸承峭度是否接近標準，而后用功率譜考察振動能量是否超標，若功率譜不大，觀察頻譜中各種頻率成份。若譜線對應頻率工頻整倍，則應著重查找風機機組結構方面的故障；若為工頻分數倍，出現較多小數位頻率，此時要著重查找軸承特征頻率，若有，則軸承存在故障，若無，排除其它部件故障后需引起警惕，加強監測。一旦出現軸承特征頻率或接近軸承特征頻率頻譜，則應判斷軸承存在故障，而后根據幅值大小，作趨勢分析或安排檢修。

5.結語

總之，采用頻譜分析中頻率振動速度，結合軸承峭度值進行綜合診斷這種判斷方法經過多年的實踐，證明對滾動軸承的故障診斷是非常實用的，判斷快速、準確，準確率超過90%。診斷出來的軸承基本上均處于后期故障階段，具有非常好的經濟效益。

參考文獻：

[1]劉明才.《小波分析及其應用》.清華大學出版社

[2]楊國安.《滾動軸承故障診斷實用技術》.中國石化出版社

作者簡介：

王仕龍，39歲，開灤集團唐山礦業分公司機電工程師。