淺談2500KW風(fēng)機主軸滾動軸承故障診斷

摘要：滾動軸承在設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，它應(yīng)用于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備重要部位，其狀態(tài)好壞直接關(guān)系到旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)，因此，實際生產(chǎn)中作好滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是搞好設(shè)備維修與管理的重要環(huán)節(jié)。我公司2500KW風(fēng)機房是井下通風(fēng)系統(tǒng)的主扇風(fēng)機房，現(xiàn)有兩臺2500KW離心式通風(fēng)機，它關(guān)系著全礦井下安全通風(fēng)。運轉(zhuǎn)風(fēng)機一旦出現(xiàn)事故，直接影響井下作業(yè)人員的人身安全，所以必須加強主扇風(fēng)機各個環(huán)節(jié)的管理，確保安全運轉(zhuǎn)。2500KW風(fēng)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(chǎn)軸承。因此我們對風(fēng)機主軸的滾動軸承非常關(guān)注，并在日常生產(chǎn)運轉(zhuǎn)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(jīng)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(guān)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(tài)監(jiān)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(zhǔn)確反映滾動軸承振動狀態(tài)，必須注意采集的信號準(zhǔn)確真實，因此要在離軸承最近的地方安排測點，我們在2500KW風(fēng)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(zhǔn)確結(jié)論。

2.滾動軸承正常運行的特點與實用診斷

我們在2500KW風(fēng)機長期生產(chǎn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，滾動軸承在其使用過程中表現(xiàn)出很強的規(guī)律性，并且重復(fù)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(xiàn)一、二倍頻。（一倍頻即與轉(zhuǎn)速相同的頻率，也稱基頻或同頻）極少出現(xiàn)三倍工頻以上頻譜，此時軸承狀態(tài)非常穩(wěn)定，進入穩(wěn)定工作期。

繼續(xù)運行后進入使用后期，軸承振動和噪聲開始增大，有時出現(xiàn)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(shù)值（峭度作為時域分析中常用的指標(biāo)，主要用來衡量振動信號的振幅偏離正態(tài)分布的程度，它與軸承轉(zhuǎn)速、尺寸、載荷等無關(guān)，所以作為一個無量綱指標(biāo)，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(rèn)為，此時軸承即表現(xiàn)為初期故障。這時，就要求對該軸承進行嚴(yán)密監(jiān)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(dāng)振動超過振動標(biāo)準(zhǔn)時（如ISO2372標(biāo)準(zhǔn)，即國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的設(shè)備振動國際標(biāo)準(zhǔn)），其軸承峭度值也開始快速增大，當(dāng)既超過振動標(biāo)準(zhǔn)，而峭度值也超過正常值（可用峭度相對標(biāo)準(zhǔn)）時，我們認(rèn)為軸承已進入晚期故障，需及時檢修設(shè)備，更換滾動軸承。

軸承表現(xiàn)出晚期故障特征到出現(xiàn)嚴(yán)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(fēng)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(tài)監(jiān)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(yīng)的特征頻率。雖然近幾年發(fā)展的小波分析（小波（Wavelet）這一術(shù)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(fù)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(shù)）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(yīng)時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，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(xué)方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。）與快速共振解調(diào)分析技術(shù)（共振解調(diào)技術(shù)，是振動檢測技術(shù)的發(fā)展和延伸。它從振動檢測技術(shù)分離并發(fā)展起來，在發(fā)展中融入聲學(xué)、聲發(fā)射、應(yīng)變、應(yīng)力檢測而拓寬了其對于工業(yè)故障診斷的服務(wù)領(lǐng)域。）比較準(zhǔn)確，但所需設(shè)備投入較大，還需進行較多分析，一般較少應(yīng)用。我們在實用診斷上采取有量綱參數(shù)與無量綱參數(shù)結(jié)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(jié)合軸承峭度值進行綜合診斷。當(dāng)兩個條件均超過標(biāo)準(zhǔn)時，我們判斷軸承存在故障。

另外，當(dāng)監(jiān)測到滾動軸承低頻振動非常大的時候，排除風(fēng)機機組不對中、不平衡、結(jié)構(gòu)松動、基礎(chǔ)共振結(jié)構(gòu)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(xiàn)在數(shù)據(jù)采集器使用已比較普遍。唐山礦業(yè)分公司2500KW風(fēng)機軸承數(shù)據(jù)采集也已經(jīng)有近7年，我們在長時間的實用中對滾動軸承也有總結(jié)。對于振動不大，軸承峭度不大，頻譜復(fù)雜的振動信號，在現(xiàn)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(guī)分析，檢查振動速度頻譜和軸承峭度是否接近標(biāo)準(zhǔn)，而后用功率譜考察振動能量是否超標(biāo)，若功率譜不大，觀察頻譜中各種頻率成份。若譜線對應(yīng)頻率工頻整倍，則應(yīng)著重查找風(fēng)機機組結(jié)構(gòu)方面的故障；若為工頻分?jǐn)?shù)倍，出現(xiàn)較多小數(shù)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(jiān)測。一旦出現(xiàn)軸承特征頻率或接近軸承特征頻率頻譜，則應(yīng)判斷軸承存在故障，而后根據(jù)幅值大小，作趨勢分析或安排檢修。

5.結(jié)語

總之，采用頻譜分析中頻率振動速度，結(jié)合軸承峭度值進行綜合診斷這種判斷方法經(jīng)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(zhǔn)確，準(zhǔn)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(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]劉明才.《小波分析及其應(yīng)用》.清華大學(xué)出版社

[2]楊國安.《滾動軸承故障診斷實用技術(shù)》.中國石化出版社

作者簡介：

王仕龍，39歲，開灤集團唐山礦業(yè)分公司機電工程師。