離心引風機軸承箱振動故障診斷及原因分析

潘亮亮

（中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波　315207）

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離心引風機軸承箱振動故障診斷及原因分析

潘亮亮

（中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波315207）

摘要：中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司Ⅱ套常減壓蒸餾裝置加熱爐系統(tǒng)煙氣引風機，在運行中軸承箱振動突然上升。在難以判斷故障原因的情況下，采用移動式故障診斷專家系統(tǒng)進行故障診斷，最終確定引風機軸承已發(fā)生故障，需要停機檢修。根據診斷結果，對引風機停機進行檢修。拆開后發(fā)現(xiàn)，引風機葉輪側軸承已出現(xiàn)嚴重缺陷，更換軸承后開機運行，故障現(xiàn)象消除。

關鍵詞：離心引風機；軸承箱；振動；故障診斷；分析

1　設備概況

中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司Ⅱ套常減壓蒸餾裝置三臺加熱爐采用聯(lián)合排煙系統(tǒng)設計，共用一臺離心式引風機從空氣預熱器煙氣側出口將冷煙氣抽排到煙囪。引風機位號C202，型號Y4-73-11-22D，設計流量177000～332000m3/h，全壓1746～2471 Pa；配用驅動電機功率280KW，額定轉速748rpm。機組布置示意見圖1。該機于2014年6月隨裝置停工進行大修，更換了軸承等配件，并對葉輪進行了動平衡和涂料防腐處理，檢修后于2014年7月開機運行，設備各項狀態(tài)指標均正常。

圖1　C 202引風機組示意圖

2　運行監(jiān)測及故障情況

該引風機日常主要對軸承箱振動數(shù)據進行定期監(jiān)測，頻率為每周一次。采用上海華陽檢測儀器有限公司生產的H Y-103B型便攜式測振儀現(xiàn)場監(jiān)測振速值RM S。監(jiān)測點布置如圖2。

圖2　引風機軸承箱及監(jiān)測點布置示意圖

自2014年7月初開機運行以來，軸承箱最大振動值RM S基本保持在1.0m m/s以下，偶爾能夠達到2.0m m/s，分析其主要原因是受引風機負荷影響。振動烈度按照《石油化工旋轉機械振動標準》（SH S01003-2004）大部分時間處于A區(qū)，偶爾進入B區(qū)，總體比較平穩(wěn)。

2015年12月29日，發(fā)現(xiàn)引風機軸承箱四個監(jiān)測點振動均明顯上升，其中最大的風機葉輪側水平振速值RM S已超過6.2m m/s，最小的電機側垂直振速值也達到4.5 m m/s左右，軸向振動達到4.3 m m/s。電機振動最大的位置是聯(lián)軸器側水平振動，約為RM S2.0m m/s，據此基本排除電機故障對風機造成影響的可能；再通過調整機組負荷，軸承箱振動值未發(fā)生明顯變化，因而也排除了負荷對機組產生影響的可能。最終認為引風機發(fā)生故障的可能性較大。通常情況下引風機振動大故障可能的原因有三個：一是引風機葉輪腐蝕或涂層脫落引起不平衡，二是軸承發(fā)生故障，三是聯(lián)軸器對中不良。為判斷故障將軸承箱內潤滑油部分置換，觀察排出潤滑油油質，也未發(fā)現(xiàn)明顯異常。因為該設備重要程度較高，停車檢修對裝置生產影響大，需要盡可能縮短檢修時間，因而需要明確故障部位，以提前做好檢修準備工作。

3　診斷分析

為進一步確定故障部位，采用移動式故障診斷專家系統(tǒng)對引風機軸承箱進行診斷分析。其測得的徑向振動、軸向振動數(shù)據如下表1，它與便攜式測振儀所測數(shù)據基本相符。

表1　專家系統(tǒng)所測軸承箱振動數(shù)據（R M S,m m/s）

使用專家系統(tǒng)對軸承箱兩側水平和垂直方向振動頻譜進行提取，測得的振動頻譜如下圖3。圖3中標識出的是幅值較為明顯的頻率，數(shù)字是其頻率值[1]。可以看出，軸承箱風機側和電機側四個部位振動頻譜中均存在約14.4 H z頻率及其諧波成分，且表現(xiàn)最為顯著，但1×頻率幅值并不占有明顯優(yōu)勢，因而可以排除轉子不平衡激發(fā)振動的可能，上述頻率僅是風機轉動在振動譜圖上的正常反映；各頻譜圖中2×頻率也不顯著，說明聯(lián)軸器對中情況不是主要原因。排除以上頻率成分，四幅譜圖均存在較多的其它頻率成分，其中可能存在故障特征頻率。

圖3　軸承箱振動頻譜圖

分析四個部位的振動譜圖，均包含一個約58.04H z頻率及其倍頻成分，尤其在風機側頻譜中最為明顯，其最大幅值將近2 m m/s，是幅值僅次于工頻及其諧波的重要頻率成分。提取譜圖如下圖4，標識出的是58.04H z頻率成分。分析認為，該頻率極有可能是引風機故障特征頻率。該頻率約為工頻的4.65倍，而引風機葉片數(shù)量是12片，基本排除了葉輪通過頻率以及其它故障產生的可能性，最終懷疑為軸承故障頻率。

圖4　軸承箱風機側振動提取故障特征頻譜

參見上圖2，該引風機軸承箱風機側安裝兩只日本精工株式會社（NSK）生產的深溝球軸承，型號6238；電機側安裝兩只SKF公司生產的深溝球軸承，型號6232M。采用浸油潤滑方式，潤滑油為長城威越L-TSA46優(yōu)質透平油。上述兩種軸承幾何參數(shù)見下表2。

表2　兩種軸承幾何參數(shù)

軸承各部件故障頻率計算公式[2]參考如下：

式中：

r，軸承轉速，rpm；

n，滾珠數(shù)量；

d，滾動體直徑，m m；

D，軸承節(jié)徑，m m；

a，滾動體接觸角。

對于上述兩種深溝球軸承，a=0°；軸承節(jié)徑D≈（軸承外徑+軸承內徑）/2；r=748 rpm,將數(shù)據代入公式，計算的兩種軸承各部位故障頻率見下表3。

表3　軸承各部件故障頻率（H z）

上述故障頻率與測得的頻譜圖特征頻率進行對比，NSK6238外圈滾道故障頻率與之基本吻合，加之該軸承安裝位置也與故障特征頻率較為顯著的測點位置相符，基本可以推斷軸承箱葉輪側軸承NSK6238外圈出現(xiàn)缺陷。結合故障頻率幅值及振速分析，缺陷比較嚴重，需要及時停機進行檢修。

4　檢修情況

根據以上診斷分析結果，2016年1月4日對引風機停機進行檢修。軸承箱上蓋打開后，發(fā)現(xiàn)葉輪側兩只NSK6238軸承部位潤滑油內有明顯金屬粉末；整個轉子外觀情況良好，沒有明顯的腐蝕跡象；后對葉輪焊縫進行著色檢查，也未發(fā)現(xiàn)微觀裂紋等缺陷。將兩種軸承剖開檢查，兩只NSK6238軸承外圈滾道均發(fā)現(xiàn)有嚴重的疲勞剝落現(xiàn)象，內圈滾道上也已出現(xiàn)微小點蝕坑點，見圖5。兩只SKF6232軸承沒有發(fā)現(xiàn)明顯問題。故障情況與診斷分析情況基本一致。

圖5　軸承外圈滾道

對NSK6238和SKF6232兩種軸承內、外套圈隨機各抽取三點進行硬度檢測，結果如下表4。兩個廠家軸承材料硬度基本相當，NSK6238外圈硬度稍低，但都在高碳鉻軸承鋼硬度要求范圍內，基本不存在材料硬度問題。

表4　軸承內外圈硬度檢測（H R C）

從使用工況分析，第一，該引風機軸承箱葉輪側處于機組防雨棚邊緣，雨水和灰塵易進入外側軸承部位，在采用浸油潤滑的情況下，外側軸承部位與軸承箱油池潤滑油對流性差，不易將外側軸承附近的污垢沖洗到油池內，造成外側軸承潤滑環(huán)境較差。發(fā)現(xiàn)振動上升時曾從軸承箱中間放油口排油檢查，未發(fā)現(xiàn)油質異常，軸承箱打開后發(fā)現(xiàn)軸承箱葉輪端外側軸承部位雜質較多，而油池內潤滑油卻沒有明顯異常也能佐證上述判斷。第二，引風機葉輪直徑達2.2 m，整個轉子重量大，靠近葉輪的軸承承受較大載荷，特別是在引風機負荷變化時會對軸承產生沖擊負荷。上述兩個因素導致外側一只NSK6238軸承外圈滾道出現(xiàn)疲勞點蝕缺陷，隨著引風機繼續(xù)運行，外圈滾道剝落金屬產生的碎屑以及隨之加大的振動沖擊導致缺陷擴展到其余部位及另外一只軸承。該引風機沒有實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，因而缺陷起始出現(xiàn)時未被監(jiān)測到，而發(fā)現(xiàn)時振動已經較高，缺陷已經擴大。

檢修更換了軸承箱內四只軸承，開機運行后對軸承箱測振，結果如下表5。檢修取得成功。

表5　檢修后引風機組振動數(shù)據（R M S,m m/s）

5　結語

轉動設備是煉化企業(yè)使用廣泛的一類設備，其發(fā)生振動故障后往往難以判斷故障原因和嚴重程度，貿然停下檢修則會影響裝置生產。采用故障診斷技術，能夠預先判斷故障情況，為后續(xù)方案的制定提供參考依據，降低設備維修成本。堅持做好設備日常監(jiān)測和診斷，對于設備的日常安全運行有重要意義。

參考文獻

[1]張安華.機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術[M].西北工業(yè)大學出版社，1995：304-306.

[2]羅繼偉等譯.滾動軸承分析（第一卷）[M].機械工業(yè)出版社，2010：29,203-204，315-316.

doi：10．13752／j．issn．1007－2217．2016．02．010

收稿日期：2016－01－27