鍋爐煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)軸承故障診斷分析

李 磊，成 果，馬海余

（1.蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060；2.蘭州石化公司化工儲(chǔ)運(yùn)中心，甘肅蘭州 730060；3.蘭州石化分公司機(jī)電儀運(yùn)維中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

能源作為社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力源泉，同時(shí)也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國在能源戰(zhàn)略中長期發(fā)展的規(guī)劃中，能源電氣化是主要方向，并且可以有效推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向綠色發(fā)展[1]。余熱回收可以做到有效提高能源利用效率，鍋爐煙氣再循環(huán)系統(tǒng)可以對(duì)余熱進(jìn)行回收利用。

1 監(jiān)測(cè)簡介

2023 年1 月，公用工程一部動(dòng)力與水處理區(qū)域出現(xiàn)振動(dòng)異常信號(hào)，排查發(fā)現(xiàn)故障來源為1#鍋爐裝置煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求鍋爐持續(xù)運(yùn)行，無法滿足長時(shí)間停止運(yùn)行的需求，當(dāng)停機(jī)過久時(shí)，可能導(dǎo)致不滿足生產(chǎn)需要，并為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)帶來很大的困難與隱患[2]。在發(fā)現(xiàn)異常情況后，現(xiàn)場(chǎng)迅速通知相關(guān)人員，相關(guān)的監(jiān)測(cè)人員對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)且詳細(xì)的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障來源，并進(jìn)行排查。

1.1 循環(huán)風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置

循環(huán)風(fēng)機(jī)包括軸承座、風(fēng)機(jī)、電機(jī)等（圖1），沒有布置固定測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)人員在采集數(shù)據(jù)時(shí)，針對(duì)風(fēng)機(jī)兩個(gè)軸承座的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）共6 個(gè)位置進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，圖1 中1 測(cè)點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)端軸承座；2 測(cè)點(diǎn)為風(fēng)機(jī)葉輪側(cè)軸承座。

圖1 風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)

1.2 風(fēng)機(jī)主要參數(shù)

該設(shè)備型號(hào)為XOEI53-63，介質(zhì)為煙氣，溫度250 ℃，壓力651 Pa，風(fēng)量3364.8 m3/h，設(shè)備轉(zhuǎn)速2970 r/min，功率90 kW，寧波伯克杰特工業(yè)風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)，軸承型號(hào)為滾動(dòng)軸承SKF2218K，D=200 mm，d=110 mm，n=18，N=970/60 r/min=49.5 r/min（D：外環(huán)直徑，d：內(nèi)環(huán)直徑，n：滾動(dòng)體數(shù)目，N：轉(zhuǎn)速頻率）[3]。

1.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)端（1V、1H、1A）及葉輪端（2V、2H、2A）軸承座數(shù)據(jù)進(jìn)行了頻譜分析。檢修前各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值見表1。

表1 檢修前各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值

頻譜圖、波形圖及peakvue 頻譜如圖2 所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)端2H、2V 方向速度、Peakvue 頻譜

2 故障分析

該風(fēng)機(jī)為環(huán)保設(shè)備，須各部門溝通后處理，暫時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)特護(hù)運(yùn)行。1 月11 日至15 日特護(hù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)無波動(dòng)，1 月16 日再次補(bǔ)充潤滑脂后數(shù)據(jù)（泵驅(qū)動(dòng)端：水平1.9、垂直4.2、軸承沖擊24.9 g′s，泵自由端：水平1.8、垂直2.8、軸承沖擊6.4 g′s）均有明顯好轉(zhuǎn)。

從現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員了解到該軸承為滾動(dòng)軸承，查詢軸承故障相關(guān)特征頻率經(jīng)驗(yàn)公式[3]，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備參數(shù)代入相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，得出故障頻率，SKF2218K 軸承相關(guān)部位的結(jié)果如下：①滾動(dòng)體故障頻率：BSF≌N（0.5-1.2/n）=21.78 Hz；②保持架故障頻率：FIT≌N（0.2n-1.2/n）=195.03 Hz；③內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFI≌N（0.5n+1.2）=554.4 Hz；④外環(huán)故障頻率：BPFO≌N（0.5n-1.2）=435.6 Hz。

結(jié)合振動(dòng)數(shù)據(jù)及圖譜分析，400 Hz 故障頻率與軸承外環(huán)故障特征頻率435.6 Hz 相吻合，故判斷驅(qū)動(dòng)端軸承外圈和滾動(dòng)體存在點(diǎn)蝕、保持架出現(xiàn)故障。建議立即停機(jī)檢修，1 月18 日停機(jī)檢修。更換2218K 軸承1 套，加注防水耐高溫潤滑脂回裝并試車。400 Hz 外圈故障頻率消失，PK+值恢復(fù)正常范圍，與故障判斷分析基本一致。

診斷結(jié)論如下：①軸承的整體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，故障點(diǎn)可能存在于軸承的外環(huán)；②經(jīng)過專家的診斷分析，建議該機(jī)組進(jìn)行停車，并整體檢修，在檢修期間，需注意對(duì)軸承、葉輪等部分的檢修；③現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，并且因?yàn)樾枰B續(xù)性生產(chǎn)，壓縮機(jī)組暫無法進(jìn)行停車檢修操作，為應(yīng)對(duì)這種情況，需向該軸承內(nèi)部空間強(qiáng)壓入過量潤滑脂，與此同時(shí)，需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，例如監(jiān)測(cè)軸承溫度，一旦溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)則需要立即停車，以防止故障的發(fā)生，如抱軸的現(xiàn)象[4]。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

3.1 拆機(jī)檢查

2023 年1 月18 日，經(jīng)過檢修人員拆檢，發(fā)現(xiàn)如下問題：①軸承2218K 外圈損壞明顯，坑槽可能是異物導(dǎo)致（但未發(fā)現(xiàn)，保持架未發(fā)現(xiàn)缺陷）（圖3a））；②滾動(dòng)體劃痕與外圈坑槽有關(guān)（圖3b））；③更換2218K 軸承1 套，加注防水耐高溫潤滑脂回裝并試車。400 Hz 外圈故障頻率消失，PK+值恢復(fù)正常范圍，與故障判斷分析基本一致。

圖3 2218K 軸承故障

3.2 試車運(yùn)行評(píng)價(jià)

檢修后試車各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值見表2，檢修后軸承驅(qū)動(dòng)端頻譜如圖4 所示。

表2 檢修后試車各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值

圖4 更換軸承后驅(qū)動(dòng)端2H、2V 方向速度頻譜

3.3 監(jiān)測(cè)總結(jié)

各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍，軸承部件故障頻率的準(zhǔn)確性是導(dǎo)致判斷準(zhǔn)確率的唯一標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)故障頻率計(jì)算分析能力，軸承安裝過程避免異物進(jìn)入軸承盒內(nèi)，杜絕此類故障發(fā)生。更換軸承后，送風(fēng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)端軸承的振動(dòng)值降至2.13 mm/s 以下，說明現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況良好。故障特征頻率情況顯示，設(shè)備不存在軸承外環(huán)故障特征頻率，說明維持該狀態(tài)保持軸承健康運(yùn)行。

4 故障總結(jié)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)異常信號(hào)后，經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)故障來源為1#鍋爐裝置煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行診斷分析，結(jié)果表明產(chǎn)生故障的主要原因是潤滑脂被嚴(yán)重污染，同時(shí)軸承間隙過大，最終造成軸承失效。被污染的潤滑脂導(dǎo)致滾動(dòng)體表面與滾道產(chǎn)生點(diǎn)痕，軸承間隙過大使軸承內(nèi)環(huán)滾道表面存在劃痕，導(dǎo)致軸承的振動(dòng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，最終導(dǎo)致軸承磨損失效[5]。

對(duì)該故障進(jìn)行診斷分析后，總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)維修處理經(jīng)驗(yàn)如下：今后在現(xiàn)場(chǎng)維修、維護(hù)中，要確保新軸承的安裝操作符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并注意軸承鎖緊，保證螺母到位；在加注潤滑脂方面，需要確保加注器的干凈，保證潤滑油油質(zhì)不受到外界污染等事項(xiàng)；設(shè)備故障發(fā)生后，要及時(shí)進(jìn)行排查，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，找到相關(guān)故障發(fā)生原因、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，避免類似的情況再次發(fā)生。