浅谈2500KW风机主轴滚动轴承故障诊断

摘要：滚动轴承在设备中的应用非常广泛，它应用于大型旋转设备重要部位，其状态好坏直接关系到旋转设备的运行状态，因此，实际生产中作好滚动轴承状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。我公司2500KW风机房是井下通风系统的主扇风机房，现有两台2500KW离心式通风机，它关系着全矿井下安全通风。运转风机一旦出现事故，直接影响井下作业人员的人身安全，所以必须加强主扇风机各个环节的管理，确保安全运转。2500KW风机主要的易损件就是滚动轴承，我公司选用轴承型号为22340CA/W33国产轴承。因此我们对风机主轴的滚动轴承非常关注，并在日常生产运转中对轴承温升，故障诊断以及振动分析都做了详细的记录，我们经过长期实践与摸索，积累了一些滚动轴承实际故障诊断和分析。

关键词 滚动轴承；故障诊断；振动分析

1.滚动轴承故障诊断的方式

对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的方法是利用频谱分析对其滚动轴承进行振动分析。实际中需注意选择测点的位置和采集方法。要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集的信号准确真实，因此要在离轴承最近的地方安排测点，我们在2500KW风机轴承瓦坐的垂直和水平方向分别安放轴承振动的测点；另外必须注意对振动信号进行多次采集和分析，综合进行比较。才能得到准确结论。

2.滚动轴承正常运行的特点与实用诊断

我们在2500KW风机长期生产运转状态监测中发现，滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性，并且重复性非常好。新安装的轴承在开始使用时，振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值都较小，可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

运动一段时间后，振动和噪声维持一定水平，频谱非常单一，仅出现一、二倍频。（一倍频即与转速相同的频率，也称基频或同频）极少出现三倍工频以上频谱，此时轴承状态非常稳定，进入稳定工作期。

继续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动增大的变化较缓慢，此时，轴承峭度值开始突然达到一定数值（峭度作为时域分析中常用的指标，主要用来衡量振动信号的振幅偏离正态分布的程度，它与轴承转速、尺寸、载荷等无关，所以作为一个无量纲指标，用来度量机械故障的程度，能够很好地确定出共振频率所在的频段，有利于提取出冲击成分）。我们认为，此时轴承即表现为初期故障。这时，就要求对该轴承进行严密监测，密切注意其变化。此后，轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，当振动超过振动标准时（如ISO2372标准，即国际标准化组织制定的设备振动国际标准），其轴承峭度值也开始快速增大，当既超过振动标准，而峭度值也超过正常值（可用峭度相对标准）时，我们认为轴承已进入晚期故障，需及时检修设备，更换滚动轴承。

轴承表现出晚期故障特征到出现严重故障（一般为轴承损坏如抱轴、烧伤、沙架散裂、滚道、珠粒磨损等）时间大都不超过五至七天，此时，我们就会立即安排倒备用风车，然后对其进行检修。

3.使用中的滚动轴承快速诊断

我们在实际状态监测中，往往只需判断滚动轴承好坏，能用多长时间，而精密分析及诊断中诊断轴承某个部位故障往往实用性不大。实际中精密诊断由于受工况等因素影响，时常找不出滚动轴承对应的特征频率。虽然近几年发展的小波分析（小波（Wavelet）这一术语，顾名思义，“小波”就是小的波形。所谓“小”是指它具有衰减性；而称之为“波”则是指它的波动性，其振幅正负相间的震荡形式。与Fourier变换相比，小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号（函数）逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题，成为继Fourier变换（傅里叶变换）以来在科学方法上的重大突破。有人把小波变换称为“数学显微镜”。）与快速共振解调分析技术（共振解调技术，是振动检测技术的发展和延伸。它从振动检测技术分离并发展起来，在发展中融入声学、声发射、应变、应力检测而拓宽了其对于工业故障诊断的服务领域。）比较准确，但所需设备投入较大，还需进行较多分析，一般较少应用。我们在实用诊断上采取有量纲参数与无量纲参数结合判断进行轴承快速故障诊断，即采用频谱分析中频率振动速度，结合轴承峭度值进行综合诊断。当两个条件均超过标准时，我们判断轴承存在故障。

另外，当监测到滚动轴承低频振动非常大的时候，排除风机机组不对中、不平衡、结构松动、基础共振结构性因素后，即使无滚动轴承特征频率，此时，我们也判断滚动轴承故障进行检修。

4.使用中的滚动轴承频谱分析与诊断

现在数据采集器使用已比较普遍。唐山矿业分公司2500KW风机轴承数据采集也已经有近7年，我们在长时间的实用中对滚动轴承也有总结。对于振动不大，轴承峭度不大，频谱复杂的振动信号，在现场难以判断有无故障情况时，我们将振动信号采集回来，传到计算机进行精密分析。此时，先进行常规分析，检查振动速度频谱和轴承峭度是否接近标准，而后用功率谱考察振动能量是否超标，若功率谱不大，观察频谱中各种频率成份。若谱线对应频率工频整倍，则应着重查找风机机组结构方面的故障；若为工频分数倍，出现较多小数位频率，此时要着重查找轴承特征频率，若有，则轴承存在故障，若无，排除其它部件故障后需引起警惕，加强监测。一旦出现轴承特征频率或接近轴承特征频率频谱，则应判断轴承存在故障，而后根据幅值大小，作趋势分析或安排检修。

5.结语

总之，采用频谱分析中频率振动速度，结合轴承峭度值进行综合诊断这种判断方法经过多年的实践，证明对滚动轴承的故障诊断是非常实用的，判断快速、准确，准确率超过90%。诊断出来的轴承基本上均处于后期故障阶段，具有非常好的经济效益。

参考文献：

[1]刘明才.《小波分析及其应用》.清华大学出版社

[2]杨国安.《滚动轴承故障诊断实用技术》.中国石化出版社

作者简介：

王仕龙，39岁，开滦集团唐山矿业分公司机电工程师。