探究礦井主通風(fēng)機(jī)軸承故障機(jī)理

楊 誠(chéng)

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

1 故障機(jī)理

大部分煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用的通風(fēng)裝置的軸承是滾動(dòng)軸承，內(nèi)外圈及滾動(dòng)體、保持架等是其主要構(gòu)成部分。破壞軸承的方式有很多種，如因疲勞應(yīng)力引起的表面疲勞剝落、機(jī)械性損傷失效、水氣或者油類(lèi)引起的腐蝕性失效、應(yīng)力過(guò)高導(dǎo)致的斷裂失效、高溫條件作用引起的膠合失效等。

觀察圖1 ，在轉(zhuǎn)子不對(duì)中的工況下，離心力作用造成轉(zhuǎn)子出現(xiàn)徑向振動(dòng)，振動(dòng)頻率大概是正常作業(yè)頻率的2倍；當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線角度不對(duì)中時(shí)，會(huì)形成交變載荷，這是發(fā)生軸向工頻振動(dòng)現(xiàn)象的主要誘因[1]。綜合分析因不對(duì)中引起的以上兩種軸承振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)不對(duì)中的故障特征有：特征頻率、時(shí)域波形、常伴頻率、振動(dòng)穩(wěn)定性程度依次對(duì)應(yīng)的是2X頻高，1X與2X頻疊加、1X頻與高次諧波、穩(wěn)定。

圖1 轉(zhuǎn)子不對(duì)中情況

轉(zhuǎn)子失衡也是引起通風(fēng)機(jī)故障問(wèn)題的常見(jiàn)誘因，主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)生產(chǎn)、材料質(zhì)控、誤差等干擾作用造成的；而運(yùn)轉(zhuǎn)階段也可能在外力作用下導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)變形、錯(cuò)位等不均衡問(wèn)題。不平衡轉(zhuǎn)子的振動(dòng)體觸及點(diǎn)出現(xiàn)一定改變，滾動(dòng)體作業(yè)直徑變成dcosα，故障的特征頻率可以用下式表示[2]：

式中：f1、f2、f3、f4、f5依次是軸承的內(nèi)圈、外圈、保持架和內(nèi)圈相碰、保持架和外圈相碰、滾珠的故障特征頻率；Dm為對(duì)應(yīng)的滾道直徑。

通風(fēng)機(jī)運(yùn)行階段如果軸承突發(fā)故障，那么頻譜內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)特征頻率的譜峰，伴隨故障問(wèn)題的加重，以特征頻率為主的變頻情況也相應(yīng)增加。

2 主通風(fēng)機(jī)狀況

龍泉礦回風(fēng)井選用兩臺(tái)FBCDZNO.36/2x710 kW型軸流式風(fēng)機(jī)作為主通風(fēng)機(jī)，通風(fēng)方式是負(fù)壓通風(fēng)，一用一備，交替運(yùn)作。軸承是本設(shè)備的主要傳動(dòng)裝置，其中風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在前后兩個(gè)軸承（型號(hào)3632）上，用于承受風(fēng)機(jī)主軸與葉輪自重引起額度徑向載荷。出風(fēng)口位置3個(gè)單列徑向推力軸承去承擔(dān)因葉輪前后壓力差而生成的軸向推力，軸承與風(fēng)機(jī)主軸兩者形成了過(guò)盈配合關(guān)系，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、主軸等轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程去執(zhí)行井下的通風(fēng)任務(wù)。

3 風(fēng)機(jī)軸承故障問(wèn)題與處理方法

風(fēng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)階段軸承前部溫度超出限值，以致溫控儀接點(diǎn)自動(dòng)閉合。技術(shù)人員開(kāi)啟主電機(jī)跳閘回路以后，風(fēng)機(jī)陷入了停運(yùn)狀態(tài)。拆解大修實(shí)踐中，探查到存在如下問(wèn)題：

（1）風(fēng)機(jī)主軸水平度出現(xiàn)了偏差，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范內(nèi)做出的要求，水平度應(yīng)控制在0.2‰內(nèi)，主軸整個(gè)長(zhǎng)度大概330 cm，和前部相比較后部要高出1.03 mm，故而據(jù)此可判斷水平度超標(biāo)。面對(duì)這種問(wèn)題，采用了操平找正、加墊處置方法，使水平度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）把空軸承安放在軸承座中，軸承底部和底座之間形成少許空隙。蓋上座蓋，擰緊螺栓以后，底部縫隙消除，人工手動(dòng)操作空盤(pán)軸承發(fā)現(xiàn)其存在較大阻力，拿出軸承以后，千分表檢測(cè)軸承內(nèi)孔，發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔不夠圓潤(rùn)。為此，利用機(jī)械再次加工處理軸承內(nèi)孔，確保內(nèi)孔圓潤(rùn)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而后再次放進(jìn)軸承，其能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）2#主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，也出現(xiàn)了軸承超溫的問(wèn)題，引起了跳閘停機(jī)事故。檢查發(fā)現(xiàn)盡管主軸水平度、同心度存在一定偏差，但依然處于標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)許范圍內(nèi)。安裝在主軸承后的止推軸承花帽沒(méi)有擰緊，軸承傳動(dòng)引起發(fā)熱問(wèn)題，更換新的軸承重新裝配鎖緊后能正常運(yùn)作。

4 分析軸承發(fā)熱的成因

（1）主軸是通風(fēng)機(jī)投產(chǎn)運(yùn)行階段最重要的構(gòu)件，如果其水平度出現(xiàn)了一定偏差，則會(huì)引起處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下額度運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承受力不均，引起軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱。

（2）軸承內(nèi)圈和主軸兩者是過(guò)盈配合形式，相對(duì)于彼此各自的狀態(tài)均是靜止的。軸承外圈安放到軸承座中，規(guī)范鎖緊螺栓以后，軸承外圈和軸承座兩者也形成了相對(duì)靜止的關(guān)系。軸承內(nèi)孔的圓潤(rùn)度不足時(shí)，將其安放到軸承內(nèi)并且加蓋緊固處理后，軸承外圈形體會(huì)出現(xiàn)不同程度的改變，造成滾動(dòng)體和內(nèi)外圈局部卡阻，運(yùn)轉(zhuǎn)階段出現(xiàn)了發(fā)熱情況[3]。

（3）軸承座是布氏體，加工制造完成后，可能因?yàn)闀r(shí)效處置不規(guī)范，在應(yīng)力作用下造成軸承座出現(xiàn)形變問(wèn)題。

（4）止推軸承后方的花帽沒(méi)有鎖緊牢固，日常定期檢修過(guò)程中沒(méi)有探查到隱患因素，以致投用階段出現(xiàn)了軸承竄動(dòng)、發(fā)熱等情況。

5 主通風(fēng)機(jī)使用、維護(hù)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

（1）主通風(fēng)機(jī)投產(chǎn)運(yùn)行階段，要督導(dǎo)崗位司機(jī)、維護(hù)人員定時(shí)巡視檢查設(shè)備狀態(tài)。通過(guò)觀測(cè)檢測(cè)儀表、風(fēng)機(jī)聲響等快速判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，確保相關(guān)異常問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、解除的時(shí)效性。

（2）在定期檢查風(fēng)機(jī)過(guò)程中，要求相關(guān)人員要以最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度檢查轉(zhuǎn)動(dòng)位置是否出現(xiàn)松動(dòng)等不良情況，一定要鎖緊聯(lián)結(jié)螺栓，以防風(fēng)機(jī)運(yùn)行階段因螺栓松動(dòng)而發(fā)生意外事故。

（3）不管是在檢查還是維修軸承過(guò)程中，均要做到清洗干凈，其內(nèi)部殘余的煤油要完全晾干，添加適量潤(rùn)滑劑，要求添加量不可超出其容腔的2/3。要加強(qiáng)清洗加油過(guò)程的管理控制，嚴(yán)禁有雜物等掉進(jìn)，并且要細(xì)心檢查止推軸承后部鎖牢狀況[4]。

（4）定期清除掉風(fēng)機(jī)中滯留的雜物，以防有部分雜物誤吸到風(fēng)機(jī)中，對(duì)風(fēng)葉等部件的完整性造成損傷。

（5）在止推軸承裝配階段，不能單純依靠理論測(cè)算軸承中間墊片的厚度值，一定要經(jīng)過(guò)真實(shí)的模擬演示。在確認(rèn)兩個(gè)軸承同時(shí)吃力運(yùn)轉(zhuǎn)適宜以后，方可以將其投入到生產(chǎn)實(shí)踐中。

（6）規(guī)范的調(diào)整加油周期。具體是完善相應(yīng)的管理制度，把最初每隔10 d對(duì)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的加油周期，調(diào)整成每月25號(hào)左右在風(fēng)機(jī)倒機(jī)前2 h對(duì)運(yùn)行風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行一次加油，每月10號(hào)左右對(duì)在用風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行二次加油。風(fēng)機(jī)倒機(jī)結(jié)束后，快速對(duì)停用風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查、注油，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)盡早上報(bào)、處置。

6 取得的效果

經(jīng)過(guò)工作人員多年具體實(shí)踐，摸索出了這套行之有效的管理模式，根據(jù)以上的對(duì)應(yīng)措施，現(xiàn)在風(fēng)機(jī)運(yùn)行10年，未再出現(xiàn)軸溫超溫及軸承竄動(dòng)等現(xiàn)象，最大程度地為礦井節(jié)約了成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。