李 广

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

随着我国钢铁行业的飞速发展，各行各业设备的不断投入，产品的质量要求也越来越高，在生产过程中，设备点检、检修技术含量也在不断提升，对于设备存在的隐患也需要及时发现并进行排除，避免造成设备损坏或生产停车现象，从而减少设备消耗及降低生产材料消耗，而风机在钢铁行业生产设备中占有重要地位，轴承作为风机重要组成部分，通过点检、监测轴承振动、温度、声音能够有效避免大约60%以上的设备事故，利用现代先进的振动频谱分析研究，不仅可以早期发现设备隐患故障，避免恶性事故发生，同时还可以从根本上找到设备发生的故障点，解决盲目查找问题带来的维修人员、备件及时间浪费。

1 风机的简单介绍

1.1 悬臂式单级离心风机的工作原理和性能参数

悬臂式离心风机主要由转子、进风口、蜗壳等组成。转子在高速转动时，管道内的气体介质进入转子叶轮内，受离心力作用而向外运动，从进风口管道吸入的气体介质在叶轮入口处折转后，进入叶轮叶道内部，在叶片作用下获得动能和压能，从叶轮叶道甩出的气流进入蜗壳，经集中、导流后，从风机蜗壳出风口排出。

1.2 风机的主要组成结构

钢铁企业所用悬臂式单级离心风机重心偏重于叶轮一侧，因此悬臂式离心风机的安装精度相对于其它风机要求较高。其主要由吸风口、转子、导流筒、蜗壳、进出口风门、联轴器、轴承箱等组成，由电动机驱动风机转子组旋转。我厂内风机大多数通过调节百叶窗调节风量，电动机与转子组间直接通过联轴器连接，很少采用液力耦合器或减速机。

2 风机轴承振动频谱分析

风机轴承（轴承座）振动是风机运行中固定的现象，只要在振动标准要求范围之内，不会造成影响。但是当轴承振动超标后，会直接造成轴承座或轴承的损坏、各连接螺栓松动、风机蜗壳、叶片和风道的损坏，甚至导致联轴器磨损和电机故障等，从而导致使风机工作性能降低，甚至根本无法工作，严重的可能因此造成安全事故，危害人身健康及工作环境。

2.1 转子不平衡引起风机轴承振动频谱分析

2.1.1 风机转子不平衡主要原因现象分析

悬臂式离心风机经常发生的轴承振动频谱中，由风机转子组不平衡引起的轴承振动故障占一大部分，而风机转子各部件加工制造缺陷、设计缺陷及安装缺陷是造成不平衡现象的主要因素。风机转子组是由主轴、叶轮、轴承、保护套、联轴器及紧固件等零部件装配而成的，由于转子零部件在加工过程中经常产生的气孔、沙眼等缺陷，加工造成的误差和装配导致的偏心等缺陷，各种附着物的不均匀堆积、紧固件的松脱等缺陷，这些因素均是导致风机不平衡振动的根本原因。除此之外，日常运行中造成转子不平衡的主要因素有：叶轮出现磨损或腐蚀；叶轮叶片或其它部位粘灰；主轴弯曲变形；叶轮检修时不合理拆装；叶轮材质强度不足发生变形；多次拆装检修导致叶轮与主轴配合出现问题；叶轮紧固件发生松动等。

2.1.2 风机转子不平衡引起的轴承振动频谱特征

风机转子不平衡引起的轴承振动的特征：振动以水平方向处幅值最大，而垂直方向与轴向振动很小，并且承力端轴承各方向振动大于推力端轴承各方向振动；轴承振动数值随着风机转速升高而增大；轴承振动频率与风机基频相等；振动稳定性比较好，对运行时负荷变化不敏感。初步诊断不平衡故障的标准是:振动数值水平方向最大，振动频谱中1 倍频的幅值异常突出，形成尖峰。

2.2 滚动轴承异常引起的振动频谱分析

（1）轴承本体振动分析。风机主轴加工时如果轴颈或轴肩处精度不够，存在同轴度、圆度或垂直度误差，主轴存在弯曲变形，则会造成轴承安装后发生倾斜现象，轴承内外圈与轴心线不重合，运行时轴承旋转时会产生交变的轴向力作用，从而产生轴承振动。另外轴承由于润滑不良、异物进入、与轴承箱的间隙不符合标准等，导致轴承出现磨损、锈蚀、表皮剥落、碎裂等故障后，轴承高速旋转时会产生高频冲击，从而造成轴承振动超标。

（2）滚动轴承表面损坏的振动频谱分析。滚动轴承振动大多数均为冲击振动，稳定性很差，与风机负荷大小无关，在轴承的水平、垂直、轴向三个方向均可能存在影响，通过计算轴承各部位的振动间隔频率，借助振动频谱诊断分析，可以准确判断轴承损坏的准确部位。

轴承缺陷引起的冲击振动间隔频率计算方法[1]：

内圈：Fi=（D+dcosα）zn/120D；

外圈：Fo=（D-dcosα）zn/120D；

滚动体：Fo=（D2-d2cos2α）n/120D；

保持架与内圈摩擦：Fci=（D+dcosα）n/120D；

保持架与内圈摩擦：Fco=（D-dcosα）n/120D。

式中：D 为滚动体中心圆直径（mm）；

d 为滚动体直径（mm）；

α 为轴承接触角度；

z 为滚动体数量；

n 为轴的转速（r/min）。

除转速n外，D、d、α、z均可根据轴承型号由轴承手册中查出。

例1：我厂2 台悬臂式单级离心风机，转速为2985r/min，点检时发现存在异常声音，且轴承加速度严重超标，数值达到66m/s2，如图1、图2。

图1 轴承振动数值

图2 轴承振动图谱

加压机轴承为7022ACM，D=140mm，d=18mm，α=25°，z=21，n=2985，经计算：内圈约为583Hz；外圈约为460Hz；滚动体约为24Hz。

根据频谱905HZ 左右时振动最高，接近轴承外圈振动间隔频率的2 倍，由此可初步断定轴承外圈损坏（图3）。

图3 轴承损坏现象

例2：另外一台同型号风机：点检时发现轴承加速度振动严重超标，数值与频谱根据频谱587HZ 和925HZ 左右时振动最高，接近轴承内圈振动间隔频率的1 倍和外圈圈振动间隔频率的2 倍，由此可初步断定轴承内外圈均发生损坏。

2.3 联轴器不对中引起的轴承振动频谱分析

（1）联轴器不对中原因分析。风机主轴与电机主轴不对中主要表现在联轴器不对中，联轴器连接过程中对中偏差较大，或者联轴器因长期运转而产生联轴器本体或销轴磨损，风机或电机基座变形，设备地基下沉或受温差变化变形较大，从而引起联轴器不对中现象的发生，造成风机和电机轴承均出现振动。

（2）联轴器不对中轴承振动频谱特征。联轴器不对中轴承振动数值存在不定性的，随负荷增大而变大，空转时振动数值偏小，满载时振动数值偏大；振动频谱稳定性较好，无论转速和载荷怎样变化，频谱中异常峰值总存在于风机2 倍基频位置；联轴器偏差数值越大，振动数值越大；如果径向振动大则为联轴器径向不对中，轴向振动大则为联轴器轴向不对中。初步确定因不对中故障引发的轴承振动频谱诊断标准是：风机联轴器端轴承振动数值大于风机叶轮端轴承数值，振动频谱中2 倍频的幅值尖峰异常突出，且远远高于其余幅值，且可辅助于电机前后轴承振动频谱判断联轴器对中情况则更为准确。

2.4 机械松动引起的轴承振动频谱分析

（1）机械松动原因分析。机械松动是指设备装配、连接部件出现松动故障[2]，比如：过盈配合部件由于磨损等原因形成间隙配合，如联轴器与轴的配合、轴承内圈与轴的配合、叶轮与轴的配合等等；连接件出现了松动，如地脚螺栓、箱体螺栓、其它紧固螺栓出现松动、轴承压紧力小或轴承游隙变大等等。当设备发生机械松动时，振动数值存在不稳定性，振动数值不断发生跳动，相位同样存在不稳定或突变现象。当设备出现松动故障时，除利用振动幅值进行判别外，还可结合相位差特征，进行辅助判断则更能准确定位设备故障原因。设备松动故障引起的轴承振动与负荷的关系较为明显，空载时由于扭力较小，轴承振动数值偏小，一旦风机载荷增大，轴承振动数值就会逐渐增加。

（2）机械松动引发的轴承振动频谱特征。风机因机械松动引起的轴承振动频谱特征，由于机械松动直接影响导致的后果可能是放大动平衡的振动频率，所以机械松动故障反应在轴承振动频谱上单一的基频振动或者是二倍及多倍频的振动。机械松动故障轴承振动具有一定的方向性，特别是松动方向上的振动及轴承间隙变大的向上和轴向振动，振动数值表现为垂直或轴向振动较大。机械松动故障轴承的振动数值具有一定的周期性变化，比如振动从3.0mm/s 慢慢涨到6.0mm/s，又从6.0mm/s 慢慢回到3.0mm/s，形成一个周期性振动。在设备启停机过程中，振动突然变小或变大，类似情况通常表现为转动部件松动。

例如：我厂冷轧除尘风机，风机转速1490r/min，其基频约为25HZ，点检时发现风机叶轮端轴承振动数值为9mm/s，联轴器端轴承为3mm/s，叶轮端轴承数值严重超标经图谱检测。频谱显示风机轴承于2 倍频振动最高，且伴随1 倍、3 倍、4 倍频振动，由于此风机连州器端轴承振动值符合标准，且叶轮端轴承是联轴器端轴承振动量的3 倍，因此可排除联轴器不对中引发的振动，因此根据图谱可判断为由于风机振动松动引发的振动，且为多处松动引起。经检查排除发现，风机地脚、风机轴承箱体、风机叶轮端轴承、多处发生松动现象。

3 结论

随着生产需求的不断提升，设备使用率相应提高，维修制度也不断加强，合理的预知设备隐患、预知维修将变为主导，因而轴承故障频谱诊断技术的应用也越来越广泛，它不仅对设备是否正常做出简单诊断，同时还对设备故障原因、部位和严重程度做出判断，为设备管理维修决策提供依据。