風(fēng)機(jī)作為一種常見的工業(yè)機(jī)械，在生產(chǎn)中可以說是時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)著，發(fā)揮著自己的作用。但一旦出現(xiàn)了故障，生產(chǎn)便會(huì)受到影響。風(fēng)機(jī)故障有很多種，其中風(fēng)機(jī)電機(jī)故障是一種比較典型又具有較大影響的故障，接下來我們將介紹一個(gè)相關(guān)案例。
某廠為2×360 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)鍋爐配2臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為2246 B/1201，采用單吸、雙側(cè)落地式軸承座支撐離心式風(fēng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸上裝有前后2組滾子軸承，軸承型號(hào)為Nu 22232 CC/W 33/C3，軸承采用甩油環(huán)甩油潤(rùn)滑，在軸承座內(nèi)設(shè)有單獨(dú)水路通道供冷卻水對(duì)軸承室冷卻。為防止風(fēng)機(jī)靜止時(shí)反轉(zhuǎn)，在自由端裝有逆止器，葉輪由8個(gè)后彎葉片焊接組成，風(fēng)機(jī)總重16 350 kg。排粉風(fēng)機(jī)配套電機(jī)功率為630 kW，額定電壓為6.6 kV，水平布置，鼠籠式電機(jī)，電機(jī)兩端采用端蓋式軸承座支撐，驅(qū)動(dòng)端軸承型號(hào)為NU 234，非驅(qū)動(dòng)端軸承型號(hào)為6332。
二、振動(dòng)特征
2007年大修后，該風(fēng)機(jī)水平、垂直、軸向方向的軸承振動(dòng)均正常，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，其軸承振動(dòng)開始不斷增大，特別是電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)軸承軸向振動(dòng)增加最為明顯。排粉風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)示意圖見圖1。
其風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)記錄見下表1
旋轉(zhuǎn)機(jī)械常用的振動(dòng)烈度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)IS03945見表2。
對(duì)電機(jī)臨時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子有2根鼠籠導(dǎo)流條與壓環(huán)連接處存在裂紋，因此用備用電機(jī)替換現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的電機(jī)，更換后的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3。
從表3可看出，振動(dòng)雖有減小，但并不理想。通過調(diào)整風(fēng)機(jī)出口擋板開度對(duì)電機(jī)進(jìn)行變載荷試驗(yàn)，及在電機(jī)滿載時(shí)測(cè)量電機(jī)斷電前后瞬間、軸承振動(dòng)變化情況，測(cè)試結(jié)果顯示，電機(jī)負(fù)載變化和電機(jī)斷電瞬間前后，其軸承振動(dòng)變化不明顯。在風(fēng)機(jī)后續(xù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)子剛轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其2號(hào)、3號(hào)軸承軸向振動(dòng)非常大，有時(shí)達(dá)到19—21 mm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過風(fēng)機(jī)振動(dòng)跳停設(shè)定值(11.00mm/s)，但啟動(dòng)運(yùn)行到全速后，其軸承軸向振動(dòng)又會(huì)有所回落。從風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行情況和振動(dòng)歷史數(shù)據(jù)分析，風(fēng)機(jī)主要振動(dòng)特征表現(xiàn)為：
1、軸承振動(dòng)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)表現(xiàn)為明顯增大趨勢(shì)，風(fēng)機(jī)在后期運(yùn)行中，還伴隨有啟動(dòng)瞬間軸承軸向振動(dòng)非常大的情況。
2、4個(gè)軸承軸向振動(dòng)均比水平、垂直方向的振動(dòng)大，最大軸承振動(dòng)發(fā)生在電機(jī)3號(hào)軸承。
3、每次啟停，振動(dòng)再現(xiàn)性差，振動(dòng)數(shù)據(jù)值存在明顯變化;正常運(yùn)行時(shí)，在不同時(shí)間段測(cè)到的振動(dòng)值不同，1號(hào)軸承軸向振動(dòng)在1.8～3.6 mm/s之間波動(dòng)，2號(hào)軸承軸向振動(dòng)在3.7～5.8 mnds之間波動(dòng)，3號(hào)軸承軸向振動(dòng)在5.0～10 mm/s之間波動(dòng)，4號(hào)軸承軸向振動(dòng)在4.8～7.2 mm/s之間波動(dòng)。
4、更換新電機(jī)后，軸承振動(dòng)無明顯好轉(zhuǎn)，新電機(jī)空轉(zhuǎn)，電機(jī)軸承振動(dòng)正常，最大值為0.49 mm/s，且載荷變化及電機(jī)線圈溫度變化對(duì)振動(dòng)影響不明顯。因此可確定風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承振動(dòng)大的根本原因是風(fēng)機(jī)故障。
三、振動(dòng)頻譜特征
啟動(dòng)瞬間的振動(dòng)頻譜無法測(cè)量，因此僅對(duì)全速狀態(tài)下的軸承振動(dòng)進(jìn)行頻譜測(cè)量，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)軸承軸向振動(dòng)頻譜分別見圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)。從振動(dòng)頻譜分析，振動(dòng)頻譜特征除包含基頻(16.5 Hz)分量外，其他諧波頻率成份明顯較豐富，電機(jī)4號(hào)軸承軸向基頻振動(dòng)振幅比諧波頻率振幅大，其余3個(gè)軸承軸向振動(dòng)振幅在諧波頻率分量上也大。
四、振動(dòng)原因分析
從圖2可看出，振動(dòng)諧波頻率成份較豐富，而振動(dòng)主要在軸向較大，采用正向推理方法可知，引起風(fēng)機(jī)此類振動(dòng)頻譜特征的主要故障有：軸承不對(duì)中;轉(zhuǎn)子彎曲;支承系統(tǒng)軸向支撐剛度;支承系統(tǒng)存在軸向共振;軸承松動(dòng)及軸承部件配合不良。下面結(jié)合風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行情況，對(duì)上述涉及的故障采用逐步排除法，查找振動(dòng)的根本原因。
1不對(duì)中故障
不對(duì)中故障引起的振動(dòng)主要有4個(gè)特點(diǎn)：①振動(dòng)振幅較穩(wěn)定;②靠近聯(lián)軸器的2個(gè)軸承振動(dòng)振幅較大;③不對(duì)中故障的特征頻率為2倍頻較高，常伴有基頻及其他諧波頻率成份;④振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化明顯。振動(dòng)方向上平行不對(duì)中主要以軸向?yàn)橹?，角度不?duì)中和綜合不對(duì)中時(shí)徑向、軸向均較大。
排粉風(fēng)機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器與電機(jī)相連，由表1可知，靠近聯(lián)軸器的2號(hào)、3號(hào)軸承軸向振動(dòng)最大，由圖2進(jìn)一步分析可知，2號(hào)軸承軸向振動(dòng)振幅在7X諧波頻率上最大，占通頻振幅61%;3號(hào)軸承軸向振動(dòng)振幅在5X諧波頻率上最大，占通頻振幅74.5%，而2號(hào)、3號(hào)軸承的2倍頻分別僅占通頻振幅27%和5%。同時(shí)負(fù)載對(duì)振動(dòng)影響不大，基本可以排除不對(duì)中故障。對(duì)中心的復(fù)查中，其平行不對(duì)中、角度不對(duì)中的數(shù)值都小于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.08 mm及0.05 mm。因此，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)并非由軸承的不對(duì)中引起。
2轉(zhuǎn)子彎曲故障
轉(zhuǎn)子彎曲在支承轉(zhuǎn)子的2個(gè)軸承上產(chǎn)生明顯的徑向基頻振動(dòng)。軸彎曲會(huì)使軸兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，在軸向產(chǎn)生較大的基頻振動(dòng)，并伴隨有2倍頻及其他高次諧波。該風(fēng)機(jī)振動(dòng)最明顯的特征是軸向振動(dòng)較大，從圖2(a)、圖2(b)可知，1號(hào)、2號(hào)軸承分別在5X，7X諧波頻率振幅上最高，在基頻上的振動(dòng)振幅并不大，分別占通頻振幅的35%和10%。因此，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲故障也可被排除。
3支承系統(tǒng)軸向支撐剛度故障
當(dāng)軸頸軸承力中心在軸向不發(fā)生變化時(shí)，軸向振幅與軸承座高寬比、激振力和軸承座軸向兩端支撐剛度差成正比。轉(zhuǎn)子的支撐系統(tǒng)各部件之間如存在連接的緊密程度不夠，或存在支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)量較差、強(qiáng)度不足(支撐腳高度不同及軸承座裂紋故障等)時(shí)，將引起支撐系統(tǒng)的支撐動(dòng)剛度不穩(wěn)定或在軸向支撐系統(tǒng)的支撐動(dòng)剛度存在較大差異，在轉(zhuǎn)子激振力的作用力下，軸承座前后振幅值存在差異，即使軸頸承受力中心在軸向不發(fā)生變化的情況下，軸承座軸向也會(huì)產(chǎn)生分量。其振動(dòng)頻譜特征包含基頻分量外，還存在相當(dāng)多的2倍頻分量，有時(shí)也能激發(fā)3倍頻振動(dòng)分量，或伴隨著4、5甚至6倍轉(zhuǎn)速頻率的高階次諧波頻率的振動(dòng)。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及臺(tái)板振動(dòng)小于1mm/s基礎(chǔ)與軸承座、軸承座墊鐵與基礎(chǔ)臺(tái)扳接觸面的連接部件的差別振動(dòng)僅為2—3um?？纱_認(rèn)動(dòng)態(tài)下軸承座各連接部件之閘的連接緊密程度良好。發(fā)生故障的排粉風(fēng)機(jī)過去一直運(yùn)行正常，對(duì)軸承座檢查也未發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，可排除風(fēng)機(jī)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)最較燕及軸承座存在裂紋而存在支撐剛度問題。
4支承系統(tǒng)存在軸向共振故障
當(dāng)軸承座軸向自振頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率率接近或成整數(shù)倍時(shí)，軸承產(chǎn)生軸向共振絕大部分軸承座軸向共振是以2倍頻頻率形式出現(xiàn)。一些軸向剛度特別差的軸承座會(huì)發(fā)生基頻軸向共振。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來看，該風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯的特征是在5x、7X諧波頻率振幅I最高。此外有資料指出，當(dāng)軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比小于1.5—2.0時(shí)，襲明支承系統(tǒng)存在共振，而現(xiàn)場(chǎng)排粉風(fēng)機(jī)軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比遠(yuǎn)大于5，因此也可排除支承系統(tǒng)存在軸向共振。
5軸承松動(dòng)及軸承部件配合不良故障
該風(fēng)機(jī)采用雙列球而滾予軸承，滾動(dòng)軸承松動(dòng)故障包括軸承內(nèi)圈與軸領(lǐng)之同產(chǎn)生的松動(dòng)、軸承外圈與箱體孔之間產(chǎn)生的松動(dòng)或同時(shí)存在軸承內(nèi)外圈松動(dòng)和過大的軸承內(nèi)部游隙。軸承部件配合不良包括聞?shì)S頸或軸肩臺(tái)加丁不良(晃度、橢園度等超標(biāo))、軸頸彎曲、軸承安裝傾斜、軸承內(nèi)圈裝配后造成與軸心線不重臺(tái)、滾動(dòng)軸承的固定圓螺母松動(dòng)等造成配合不良。其振動(dòng)特征為：松動(dòng)部件對(duì)來自轉(zhuǎn)于動(dòng)態(tài)力的非線性響應(yīng)，頻i昔也顯示出出非線性的特征，通頻比基頓數(shù)值大許多，頻譜除基頻外，遷有很太的諧波分最，特別是出現(xiàn)3～10倍頻，有時(shí)還有可能出現(xiàn)20倍頻成分，嚴(yán)重的松動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生分次諧波分最;振動(dòng)不穩(wěn)定，工作轉(zhuǎn)速達(dá)到某一閥值時(shí)，振幅突然增大或減小，振動(dòng)方向以松動(dòng)方向?yàn)樽畲蟆?/p>
由圖2看出，風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜的通頻比基額數(shù)值大許多，在1號(hào)軸承軸向振動(dòng)的5倍頻振動(dòng)幅值分量占通頻幅值的51%;2號(hào)軸承軸向振動(dòng)幅值分量占通頻幅值的61%，諧波頻率成分明顯較大。顯然滾動(dòng)軸承松動(dòng)故障不能被排除。在解體檢修中，發(fā)現(xiàn)2號(hào)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)松動(dòng)并存在過跑內(nèi)圈，與之配合處的軸頸出現(xiàn)不均勻磨出，造成2號(hào)軸頸中間軸徑大、兩側(cè)軸徑小，同時(shí)軸頸內(nèi)側(cè)軸凸肩也被磨去了1 mm左右，風(fēng)機(jī)2號(hào)軸頸及測(cè)點(diǎn)位置見圖3，其測(cè)量數(shù)據(jù)見表4。
由此可確定，引起風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)故障的主要原因是風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中2號(hào)軸承的軸承內(nèi)圈與軸頸配合出現(xiàn)松動(dòng)，軸承內(nèi)圈與軸頸存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成軸頸和軸凸肩都同時(shí)存在磨損(軸頸內(nèi)側(cè)軸凸肩磨損最為為嚴(yán)重)。振動(dòng)隨著運(yùn)行時(shí)問的延長(zhǎng)，軸承內(nèi)圈與軸徑磨損增大，這也是造成風(fēng)機(jī)啟動(dòng)瞬間軸向振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因。
五、處理方案及結(jié)果
由于工期較緊，對(duì)排粉風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承進(jìn)行了整體更換。復(fù)裝后試轉(zhuǎn)排粉風(fēng)機(jī)，各軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)見表5，從表5數(shù)據(jù)可看各軸承振動(dòng)均已達(dá)標(biāo)。
六、建議
1、從這次處理振動(dòng)過程中可知，由于電機(jī)采用端蓋式支撐軸承座，與風(fēng)機(jī)落地式軸承相比，其剛度相對(duì)較小。風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，電機(jī)振動(dòng)明屁比風(fēng)機(jī)振動(dòng)大。這種現(xiàn)象往往容易誤導(dǎo)檢修，建議在以后處理類似振動(dòng)故障時(shí)，對(duì)端蓋式支撐軸承座剛度相對(duì)低的問題以高度重視。
2、運(yùn)行中的軸承如內(nèi)圈與軸頸的緊力變小或消失，使軸承跑內(nèi)圈帶來部件磨損，造成風(fēng)機(jī)軸承內(nèi)圈與軸顫配合發(fā)生明顯松動(dòng)時(shí)，建議在檢修中不要過分打磨軸徑，以防止改變軸承內(nèi)群與軸頸的配臺(tái)。
3、在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前以及運(yùn)行中，應(yīng)注意檢查軸承冷卻水系統(tǒng)和油系統(tǒng)是否正常。通常轉(zhuǎn)子的熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸承熱容，當(dāng)冷卻水系統(tǒng)及油系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，很容易造成軸承溫升過快，軸頸與軸承溫差過大.使軸承內(nèi)圈與軸頸峨力消失造成跑內(nèi)圈。
綜上所述，軸承跑內(nèi)圈這個(gè)故障是風(fēng)機(jī)電機(jī)故障的一種。它嚴(yán)重地影響了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的負(fù)面影響。風(fēng)機(jī)的振動(dòng)不是一個(gè)可以被小覷的問題，我們應(yīng)該吸取前人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，認(rèn)真做好風(fēng)機(jī)的維護(hù)工作。
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