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(jù)診斷結(jié)果，對引風機停機進行檢修。拆開后發(fā)現(xiàn)，引風機葉輪側(cè)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(guān)鍵詞：離心引風機；軸承箱；振動；故障診斷；分析

1　設(shè)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(shè)計，共用一臺離心式引風機從空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)出口將冷煙氣抽排到煙囪。引風機位號C202，型號Y4-73-11-22D，設(shè)計流量177000～332000m3/h，全壓1746～2471 Pa；配用驅(qū)動電機功率280KW，額定轉(zhuǎn)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(shè)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(jù)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(chǎn)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(zhuǎn)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(cè)水平振速值RM S已超過6.2m m/s，最小的電機側(cè)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(cè)水平振動，約為RM S2.0m m/s，據(jù)此基本排除電機故障對風機造成影響的可能；再通過調(diào)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(chǎn)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(nèi)潤滑油部分置換，觀察排出潤滑油油質(zhì)，也未發(fā)現(xiàn)明顯異常。因為該設(shè)備重要程度較高，停車檢修對裝置生產(chǎn)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(jù)如下表1，它與便攜式測振儀所測數(shù)據(jù)基本相符。

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

使用專家系統(tǒng)對軸承箱兩側(cè)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]?？梢钥闯?，軸承箱風機側(cè)和電機側(cè)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(zhuǎn)子不平衡激發(fā)振動的可能，上述頻率僅是風機轉(zhuǎn)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(cè)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(chǎn)生的可能性，最終懷疑為軸承故障頻率。

圖4　軸承箱風機側(cè)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(cè)安裝兩只日本精工株式會社（NSK）生產(chǎn)的深溝球軸承，型號6238；電機側(cè)安裝兩只SKF公司生產(chǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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(nèi)徑）/2；r=748 rpm,將數(shù)據(jù)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(cè)軸承NSK6238外圈出現(xiàn)缺陷。結(jié)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(jù)以上診斷分析結(jié)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(cè)兩只NSK6238軸承部位潤滑油內(nèi)有明顯金屬粉末；整個轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)、外套圈隨機各抽取三點進行硬度檢測，結(jié)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(nèi)，基本不存在材料硬度問題。

表4　軸承內(nèi)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(cè)處于機組防雨棚邊緣，雨水和灰塵易進入外側(cè)軸承部位，在采用浸油潤滑的情況下，外側(cè)軸承部位與軸承箱油池潤滑油對流性差，不易將外側(cè)軸承附近的污垢沖洗到油池內(nèi)，造成外側(cè)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(zhì)異常，軸承箱打開后發(fā)現(xiàn)軸承箱葉輪端外側(cè)軸承部位雜質(zhì)較多，而油池內(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)生沖擊負荷。上述兩個因素導(dǎo)致外側(cè)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(chǎn)生的碎屑以及隨之加大的振動沖擊導(dǎo)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(jīng)較高，缺陷已經(jīng)擴大。

檢修更換了軸承箱內(nèi)四只軸承，開機運行后對軸承箱測振，結(jié)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(jù)（R M S,m m/s）

5　結(jié)語

轉(zhuǎn)動設(shè)備是煉化企業(yè)使用廣泛的一類設(shè)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(mào)然停下檢修則會影響裝置生產(chǎn)。采用故障診斷技術(shù)，能夠預(yù)先判斷故障情況，為后續(xù)方案的制定提供參考依據(jù)，降低設(shè)備維修成本。堅持做好設(shè)備日常監(jiān)測和診斷，對于設(shè)備的日常安全運行有重要意義。

參考文獻

[1]張安華.機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)[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