王艷麗劉明紅

1.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京 100024；2.湖南辰溪華中水泥有限公司，湖南 辰溪 419500

水泥廠離心通風機滾動軸承發(fā)熱原因淺析

王艷麗1劉明紅2

1.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京 100024；2.湖南辰溪華中水泥有限公司，湖南 辰溪 419500

離心通風機滾動軸承的選用、安裝、使用、維護及維修等過程中都會埋下滾動軸承發(fā)熱的隱患。離心通風機滾動軸承發(fā)熱，有時候是一種原因引起的，有時候是多種原因引起的，要綜合分析，找準引起發(fā)熱的主要原因，從根本上消除發(fā)熱現(xiàn)象。但不要因為軸承溫度稍高就進行檢查或維修，甚至更換仍可使用的軸承，從而造成軸承的過維修現(xiàn)象，使維修成本增高。

離心通風機 滾動軸承 發(fā)熱

0 引言

離心通風機在水泥生產中應用非常廣泛，因其轉速一般不超過3 000 r/min，故經常選用滾動軸承支承。軸承是離心通風機的重要的零部件，也是重要故障源之一。據(jù)統(tǒng)計資料表明，在旋轉機械的故障中，大約30%是由軸承引起的，而離心通風機的軸承故障的主要形式就是發(fā)熱及振動。因此，只有熟知離心通風機的滾動軸承的發(fā)熱原因，才能在離心通風機滾動軸承的選用、安裝、使用、維護及維修等過程中做好預防措施，才能消除引起軸承發(fā)熱的隱患，才能正確處理正在發(fā)生的發(fā)熱故障。本文就對離心通風機滾動軸承的發(fā)熱原因進行剖析。

1 離心通風機滾動軸承發(fā)熱原因分析

離心通風機滾動軸承發(fā)熱主要有軸承選用不當、潤滑不良、軸承冷卻效果不佳、通風或通水量不足、環(huán)境溫度太高、裝配質量不良、振動大、磨損、軸承本身質量不良等原因。

1.1 滾動軸承的選用不當

（1）選用的軸承額定負荷低，運行中軸承磨損嚴重，從而引起軸承發(fā)熱及壽命縮短。

（2）滾動軸承的極限轉速與選用的潤滑方式不配套，從而在運行中發(fā)熱、磨損大。

（3）滾動軸承的徑向游隙選用不合適，尤其在使用環(huán)境溫度較高時，過小的原始徑向游隙將會使軸承在運行中因溫度升高膨脹而間隙變小甚至為零，造成軸承的嚴重發(fā)熱，甚至燒損。

滾動軸承的游隙分為徑向游隙和軸向游隙。徑向游隙又分為原始游隙、安裝游隙和工作游隙。游隙的選擇要考慮軸承與軸、軸承座的配合，考慮工作溫度、載荷引起的原始游隙的變化。合理的軸承游隙的選擇，應在原始游隙的基礎上，考慮因配合、內外圈溫度差以及載荷等因素所引起的游隙變化，以使工作游隙接近于最佳狀態(tài)。

由于過盈配合和溫度的影響，軸承的工作游隙小于原始游隙。當采用較緊配合、內外圈溫度差較大、需要降低摩擦力矩及深溝球軸承承受較大軸向載荷或需改善調心性能的場合，宜采用C3、C4、C5組游隙值。對于水泥行業(yè)的離心通風機來說，由于轉速較快，環(huán)境溫度較高，故宜選用C3組的徑向游隙值。在生產中，不乏由于軸承選用不當而導致風機運行故障的情況。比如某公司一臺型號為9-19№7.1D的風機[1]，運行中軸承溫度較高，在沒有查到問題的情況下，為了維持生產只好更換軸承，仍是溫度升高。最后分析認為，造成軸承溫度高的原因是軸承選用不當，原用的22316軸承極限轉速在用油潤滑時為2 600 r/min，低于正常生產時的2 970 r/min。在此工作場合，應選用22316CC/W33軸承，在用油潤滑時其極限轉速為3 000 r/min，是比較合適的。

1.2 潤滑不良

潤滑不良包括選用的油品不當或油（脂）變質或缺油（脂），是設備發(fā)生故障的主要原因之一。據(jù)有關資料介紹，在設備機械故障中，有60%以上是由設備潤滑不良造成的，而大約40%的軸承失效是由于潤滑引起的。

（1）潤滑油的選用及潤滑方式不合理。

宜采用稀油潤滑的地方采用了潤滑脂來潤滑，或者油品選用不當，粘度過低或過高，難以形成油膜，從而使軸承運行中產生的熱量無法帶走，引起軸承發(fā)熱。

關于油品的選用，在水泥行業(yè)的離心通風機中，一般采用浸油潤滑，潤滑油宜選用L-HM68 抗磨液壓油(高壓) （GB11118.1-2011）。對于工作環(huán)境溫度較高時，則采用帶稀油站的強制循環(huán)潤滑，潤滑油也為L-HM68 抗磨液壓油(高壓)。一些小型風機，也可采用潤滑脂潤滑，潤滑脂可選用極壓鋰基脂1號 （GB/T7323-2008）。

（2）加油（脂）的量不當。

加油過多或過少，從而因缺油或油過多攪動大，都會引起發(fā)熱。一般的，對于浸油潤滑，油位宜在油標上下紅線的中間位置；對于稀油站集中供油，要注意供油壓力；對于潤滑脂潤滑的，填脂量宜為軸承座內腔容積的2/3～1/2。過多或過少都不利于軸承的潤滑，會引起發(fā)熱。

（3）未能按時換油，潤滑油變質及潤滑油中含有鐵屑等雜質，導致潤滑狀況惡化。

（4）因軸承座漏油等原因造成軸承缺油發(fā)熱并失效。

據(jù)文獻［2］介紹，某公司一臺Y6-11引風機，轉速為1 470 r/min。閑置多年經修復投入運行，在兩個月時間里，損壞軸承13套，使用時間最短的僅2 h，最長的只維持了20 d。具體狀態(tài)為軸承座溫升過高，噪聲過大，軸承滾動體回火，被碾成橢圓形或棗核形。有的產生塑性變形，滾動體與套圈滾道上出現(xiàn)不均勻的凹坑。潤滑脂被融化、泄漏。

在此期間，把軸承由原來的1519換為3519、校核葉輪的動平衡、校正電機與風機軸的同軸度、緊固螺栓等，都未收到良好效果。每次事故發(fā)生后，解體軸承座時，軸承室內的潤滑脂MoS2所剩無幾，大都在溫升時融化流失。其主要原因是：潤滑劑的熱穩(wěn)定性差，冷卻性不好，使軸承在無潤滑狀態(tài)下運轉。

為此，把軸承改回到原設計的1519軸承，同時，把原來的潤滑脂潤滑改為潤滑油潤滑，潤滑油為30號機械油，將原采用的毛氈密封，改為U型耐油橡膠密封圈密封，并重新加工兩側對稱蓋。最后，把軸承與軸及軸承與軸承孔的配合按規(guī)定配制，即軸的公差為Φ95k6，軸承座孔為Φ170J6。經改進后，消除了軸承過熱和不正常磨損，改善了軸承的潤滑。

1.3 軸承冷卻效果不好，通風或通水量不足等

一些離心通風機，由于使用環(huán)境溫度較高，常采用水冷或風冷方式冷卻軸承座，但水量或風量減小、水腔堵塞等，都會破壞其原來的熱平衡，從而引起軸承發(fā)熱。另外，對于稀油站供油的大型風機，當稀油站的油位低、冷卻器換熱效果差時，會造成供油溫度高，也會造成軸承溫度升高甚至發(fā)熱。

1.4 環(huán)境溫度太高

水泥廠中的高溫風機，由于通入大量較高溫度的氣體，如果周圍環(huán)境溫度較高，再加上工藝操作不當，溫度的波動較大，從而影響軸承的溫度。

1.5 裝配質量不良

（1）聯(lián)軸器或分體式軸承座的對中沒有調整好，對中精度差，初始狀態(tài)軸承就處于扭曲狀態(tài)。對于聯(lián)軸器的找正，要按照機械設備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范（GB50231-2009）的要求執(zhí)行，另外，對于使用時各部分工作溫度相差較大的離心通風機，要注意安裝與使用狀態(tài)的軸心位置的變化，以免安裝時對中，使用時反而不對中。例如對于使用液力偶合器調速的離心通風機，由于運行時電動機、液力偶合器及風機軸承座的溫度不同，同軸度會發(fā)生變化，冷態(tài)時對中了，熱態(tài)時卻不對中。對此，在安裝時，就要預留工作溫度高時軸的抬高量，也即安裝時，溫度最高的液力偶合器軸的位置要最低，電動機軸及風機軸要高一些，具體的高差Δh可按下式計算：

Δh＝αH1（t2－t1）－αH2（t3－t1）

式中：Δh—液力偶合器軸與風機主軸的安裝高度差，mm；

α—熱膨脹系數(shù)，一般可取0.000 012 mm/℃；

H1—液力偶合器軸到基礎的高度，mm；

H2—風機軸到基礎的高度，mm；

t1—安裝時的環(huán)境溫度，℃；

t2—工作時的液力偶合器殼體的溫度，℃；

t3—工作時風機軸承座的溫度，℃。

需要注意的是，此式中的液力偶合器或風機的溫度指的是軸承座或機殼的溫度，而不是軸的溫度，因為軸的溫度變化體現(xiàn)在軸向方向的熱膨脹伸長量上，而軸承座或機殼的溫度變化體現(xiàn)在高度方向的熱膨脹伸長量上，這一點是有很大區(qū)別的。

（2）傳動側半聯(lián)軸器與電機上半聯(lián)軸器的間隙值過小，運行中主軸受熱膨脹伸長后，其半聯(lián)軸器頂在電機上的半聯(lián)軸器上，造成軸承承受較大的軸向力而發(fā)熱受損。

（3）軸承自由伸展沒有得到較好的處理，從而引起軸承發(fā)熱甚至燒壞，這在水泥廠的高溫風機上表現(xiàn)比較突出。本來風葉側（也稱為非傳動側）的軸承應留有軸因受熱膨脹伸長而軸向移動的位置，但實際安裝中，由于沒有注意，使此側軸承座端蓋預留間隙不足或直接頂在軸承外圈上，運行后軸受熱膨脹伸長而受阻，造成軸承發(fā)熱甚至燒壞。

離心通風機的滾動軸承一般采用一端固定、一端自由的安裝方法，傳動端的軸承是固定的，限制其軸向移動，而自由端軸承是可以移動的，這樣，當工作時溫度升高，軸熱膨脹后可不受阻。為此，安裝時，要在軸承座的自由端處，要使軸承端面與軸承座端蓋的軸向間隙大于軸的熱伸長量，如果此預留的間隙值不足，軸受熱膨脹后軸承的端面就會與軸承座端蓋頂死，從而引起軸承發(fā)熱甚至燒壞。

為此，安裝時要注意此熱伸長量的預留，軸受熱膨脹后的伸長量可按下式計算：

式中：ΔL—軸的熱伸長量，mm；

α—熱膨脹系數(shù)，對于45鋼可取0.000 012 mm/℃，

對于高溫風機的合金鋼，可取0.000 013mm/℃；

L—風機軸兩軸承座之間的水平距離，mm；

t1—安裝時的環(huán)境溫度，℃；

t2—工作時主軸的溫度，℃。

某公司的5 000 t/d生產線的窯頭引風機[3]，型號為Y4-73-01№28F，其負荷側（傳動側）22340軸承多次出現(xiàn)溫度超標及振動增大，并造成此側軸承失效。經觀察發(fā)現(xiàn)，負荷側軸承損壞時總是在靠近電動機側軸承內圈和滾動體發(fā)生嚴重點蝕，這說明風機運行時存在相當大的軸向力。另外，當窯頭除塵器出口溫度升高到300～400 ℃時，風機軸承座的軸向振幅增長幅度最大，徑向振幅沒有太大變化。分析認為，該風機正常工況溫度為250 ℃，瞬間溫度不能超過400 ℃，自由端軸承座止口余量設計值為23.45 mm，但實際余量為6.8 mm，由此可以確定，軸承的損壞是由于自由端軸承座止口余量過小，軸承軸向活動受限引起的。后把止口余量加大到30 mm，以適應持續(xù)350 ℃的工況，改后軸承運行狀態(tài)良好。

（4）軸承座與上蓋的緊固螺栓的擰緊力控制不好，造成安裝時軸承的徑向間隙受到壓擠而變小，運行中受熱變得更小而發(fā)熱受損。

由于離心通風機的滾動軸承外圈與軸承座孔的配合一般選用JS7/h6，這樣的配合不會太緊，對軸承游隙的影響有限。但對于轉速較高，工作溫度較高的離心通風機，由于軸承座與上蓋的聯(lián)接螺栓的擰緊一般情況下并不用扭力搬手，為了防松，擰緊力常常過大，從而使工作游隙變小，當受熱膨脹時，一方面軸承徑向工作間隙可能減小為零而引起軸承發(fā)熱，另一方面，軸承外圈與軸承座孔之間的間隙也可能為零甚至為負值，從而使軸承不能在軸向竄動，這樣，即使軸承的軸向留有熱伸長量，運行時仍不能自由伸展，從而使軸承發(fā)熱甚至燒壞。所以，合適的擰緊力也很重要，現(xiàn)場中，一般采用看彈簧墊的壓緊程度判斷擰緊力，但最好的辦法是采用扭力搬手來擰緊，這樣才穩(wěn)妥。

（5）軸承的裝配方法不當。離心通風機主軸與軸承的配合，當軸與同時承受軸向和徑向載荷的滾動軸承配合時，選用H7/js6配合，當軸與僅受徑向載荷的滾動軸承配合時，選用H7/k6配合；因此，滾動軸承與軸一般采用熱裝，即用熱油煮軸承，加熱溫度不得超過100 ℃。如果加熱時的油溫過高或加熱時間過長，都會使軸承塑性變形，從而影響其配合關系。另外，如果加熱時直接用火焰加熱，或者為縮短冷卻時間而采用急冷辦法等都會影響軸承的使用安全，運行中會產生發(fā)熱現(xiàn)象等。

1.6 振動大

使用中，當離心通風機主軸彎曲，或者存在不平衡質量（不均勻磨損及葉輪粘灰或結皮等）時，就會引起軸承座的振動，使軸承承受沖擊負荷等，從而會加速軸承的磨損和引起軸承的發(fā)熱。

1.7 軸承的磨損

軸承的磨損是軸承使用中最主要的故障，正常使用的軸承都存在著磨損的問題，這是正常的，但如果選用不當、安裝及維修不當、密封不當及潤滑不良等，就會加劇磨損。持續(xù)的磨損會使軸承的內圈、外圈、滾動體、保持架等發(fā)生尺寸變化，軸承配合間隙增大，運轉元件的表面粗糙度增加，降低了軸承運轉精度，因而也降低了機器的運行精度，從而引起軸承的溫度升高、振動增加、噪聲增大，嚴重時就會發(fā)熱、振動加劇、軸承燒毀，甚至引起軸的彎曲。

（1）滾動軸承的滾動體與外圈滾道、內圈滾道等的磨損。滾動軸承的此類磨損，對于轉速較高的風機，會引起軸承發(fā)熱、振動增大及噪聲增大等現(xiàn)象，而對于轉速較低的風機，則不一定有發(fā)熱現(xiàn)象，但會出現(xiàn)振動增大現(xiàn)象。

對于軸承的磨損，測量軸承的徑向間隙來判斷軸承是否因磨損而間隙增大從而導致故障，是現(xiàn)場維修中常用的方法。通過用塞尺測量軸承的徑向間隙，然后與軸承原始徑向游隙比較，就可得出軸承的磨損量。在現(xiàn)場維修中，維修人員甚至是技術人員都希望有一個統(tǒng)一的軸承磨損的標準，來指導軸承的更換，但實際上，從目前來說，理論上講，并沒有一個這樣的標準，一些基礎技術工作做得好的企業(yè)，則制定了一個對特定風機適用的軸承間隙的更換標準，例如，據(jù)有關資料介紹[4]，軸頸直徑d=50 mm～100 mm(也即軸承內徑尺寸為50 mm～100 mm)，徑向間隙大于0.2 mm，軸頸直徑d＞100 mm，徑向間隙大于0.3 mm，即為徑向間隙不合理，宜予更換。當然，這樣的標準，對于特定的風機來說，是適用的，但對于不同轉速、不同負荷的風機，也許軸承徑向間隙還要大一些，但使用仍沒有問題。所以，制定一個統(tǒng)一的軸承間隙磨損標準，沒有具體的指導意義，以上的經驗數(shù)值也只能作為一個參考值。對于具體的風機來說，滾動軸承的徑向磨損量應以不影響風機的安全運行為準，以免出現(xiàn)過修復的現(xiàn)象。

（2）滾動軸承內圈與軸的磨損。軸承內圈與軸的配合不合要求，或者運行中軸承的徑向工作間隙很少，會造成軸承內圈與軸的配合松動，并產生相互磨損。磨損本身會產生熱量，而磨損后還會使電機軸與風機主軸的對中變差，從而使軸承受力更加惡劣，發(fā)熱更嚴重。

（3）滾動軸承外圈與軸承座孔的磨損。軸承座內孔的磨損主要是由于軸承外圈與軸承座孔之間的間隙不合理或軸承失效等原因造成的，磨損后就會產生發(fā)熱現(xiàn)象。因為滾動軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制，與一般的圓柱面配合不同，由于軸承外徑上偏差均為零，故在配合種類相同的情況下，外圈與軸承座孔的配合較松。在離心通風機的使用中，一般軸承外圈與軸承箱內孔配合為JS7/h6。這種較松的配合是為了軸承及軸工作受熱時軸承能在軸承座內孔上軸向伸展，但有時，配合間隙不合理就會造成軸承跑外圈，尤其是在振動較大時，軸承跑外圈的現(xiàn)象更容易發(fā)生，從而導致軸承座內孔的磨損。

軸承座內孔磨損時，可把上下蓋配合面聯(lián)接螺栓緊固后用內徑千分尺測量，較小的磨損量可用加薄銅墊片的方法處理，加薄銅墊片后同樣要有一定的配合間隙。對于傳動側(也即軸承定位側)的內孔磨損，也可用圓柱固化膠把外圈與軸承座孔粘結，但對于非傳動側，由于要讓軸承軸向活動不受限制，所以，內孔磨損后，是不允許把軸承外圈與軸承座用固化膠固化的。對于磨損量大的，只能更換新的軸承座。

（4） 軸承磨損后，會使主軸的中心位置變低，有時會造成主軸與軸承座兩端的軸承端蓋相互摩擦，這樣也會引起軸承的發(fā)熱。

1.8 軸承的型號不對或軸承本身質量

軸承的型號不對，主要是指軸承的游隙不對，例如，對于使用得較多的22316軸承，本來應采用原始游隙較大的C3組軸承，最后卻用了標準組軸承，這樣就會使原始游隙變?。▽τ?2316軸承，C3組的原始游隙為0.08 mm～0.11 mm，標準組的為0.05 mm～0.08 mm）。軸承本身質量不良，如原始游隙不合要求、滾子或套圈有缺陷等。因此，生產中更換軸承時，尤其是轉速較高及工作溫度較高的離心風機的軸承，要注意軸承的檢查，注意其表面缺陷及原始游隙是否合適。

2 使用中滾動軸承溫度的測量和控制

滾動軸承使用中，由于摩擦發(fā)熱、設備的傳熱及幅射熱等的影響，軸承溫度會逐步升高的，正常情況下，溫度會穩(wěn)定在一定的范圍內，不正常情況下，溫度會繼續(xù)升高發(fā)熱，如果不加以控制的話，就會造成軸承的失效。所以，必須對軸承的溫度進行測量和控制，使其工作在正常范圍內。溫度監(jiān)測對軸承載荷、速度和潤滑情況的變化反映比較敏感，尤其是對潤滑不良而引起的軸承過熱現(xiàn)象很敏感，是判斷軸承工作是否正常的主要方法之一。

2.1 滾動軸承溫度的測量

由于傳熱及散熱作用，軸承、主軸、軸承座等的溫度都是不同的，為了準確掌握軸承的工作溫度，現(xiàn)場中一般是測量軸承外圈的溫度，對軸承溫度的控制也是針對軸承外圈的溫度，而不是主軸或軸承座的溫度。

2.2 滾動軸承溫度的控制

嚴格地說，軸承的發(fā)熱體現(xiàn)在溫升上，風機、壓縮機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范（GB50275-2010）就規(guī)定在離心通風機試車時，在軸承表面測得的溫度不得高于環(huán)境溫度40 ℃。而高溫離心通風機技術條件（JB/T8822－1998）則說明，根據(jù)風機的不同工作環(huán)境，在設計中應采用相應的冷卻裝置。無特殊要求時，軸承溫升不得超過周圍環(huán)境溫度40 ℃，正常工作溫度最高不得超過80 ℃。但考慮到軸承還有一個最高使用溫度，所以，實際上，人們往往用軸承的溫度來進行控制。例如，對于F式傳動的高溫離心通風機，據(jù)高溫離心風機說明書要求，軸承報警值為75 ℃，停機值為95 ℃。當然，對于不同的工況，軸承溫度的報警值及跳停值并不是相同的，但軸承溫度在規(guī)范值范圍內運行是安全高效的。

2.3 注意環(huán)境溫度控制

軸承的發(fā)熱主要體現(xiàn)在溫升上，當軸承溫度較高時，有時并不是發(fā)熱引起的，而是周圍環(huán)境溫度較高造成的，所以，我們一方面要控制軸承的溫度，同時還要關注溫升的情況，當軸承溫度高但溫升不大時，就要采取相應的措施來降低環(huán)境溫度，最終使軸承溫度降到安全范圍內。

3 結束語

（1）離心通風機的滾動軸承的正確選用、安裝、使用、維護及維修，是滾動軸承安全運行的重要前提，因此，要高度重視。

（2）以上分析的離心通風機滾動軸承發(fā)熱原因，在滾動軸承發(fā)熱故障中，有時候是一種原因引起的，有時候是多種原因引起的。因此，對于軸承的發(fā)熱原因，要綜合分析，全面考慮，并要找到引起發(fā)熱的主要原因，從根本上消除發(fā)熱現(xiàn)象。

（3）正確認識軸承發(fā)熱及溫升問題，軸承的發(fā)熱主要體現(xiàn)在溫升上而不是溫度上。同時也要控制軸承的最高使用溫度，避免溫度過高使軸承材質發(fā)生改變，并導致軸承發(fā)熱及失效。另外，軸承適當?shù)母邷厥窃试S的，只要在控制范圍內工作就沒有問題。因此，不要因為軸承溫度稍高就進行檢查或維修，甚至更換仍可使用的軸承，從而造成軸承的過維修現(xiàn)象，使維修成本增高。

[1] 劉明紅. 離心風機使用經驗點滴[J]. 四川水泥, 2013(4): 128-130.

[2] 王淑鳳, 吳志軍.淺談引風機軸承過熱及磨損現(xiàn)象的分析和處理[J]. 設備管理與維修, 1995(02)：11.

[3] 范慶東.窯頭風機負荷側軸承損壞原因的分析[J].水泥，2006(1): 47-48.

[4] 李慶宜.通風機[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1981.

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1008-0473(2015)02-0044-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.02.013

2014-12-24）