韓風梅，戴風濤

（中國石油獨山子石化分公司研究院，新疆獨山子 833699）

0 引言

電機是化工企業(yè)生產(chǎn)中的重要設備，其在使用過程中出現(xiàn)振動異常的情況，對化工企業(yè)連續(xù)性、長周期生產(chǎn)的平穩(wěn)運行造成不利局面，嚴重時甚至會造成電機損壞。振動作為轉動設備運行過程中存在的明顯現(xiàn)象，其中包含很多運轉部件的特征信息，基于振動特性的電機滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷一直以來都是狀態(tài)監(jiān)測的重要內(nèi)容。在運行過程中，電機滾動軸承如果出現(xiàn)異?；虬l(fā)生故障，其特征便能在振動信號頻譜中明顯地體現(xiàn)出來，通過對振動特性進行監(jiān)測分析，是及時發(fā)現(xiàn)電機故障的一種非常有效的手段[1]。軸承故障占電機總故障的40%以上。工業(yè)設施中的大多數(shù)軸承在非理想的條件下運行，常受到疲勞、環(huán)境機械振動、過載、軸心錯位、污染、電流開槽、腐蝕、不正確的潤滑等影響，開始只是導致邊緣缺陷，然后這些缺陷會在軸承內(nèi)圈、外圈和滾珠組件中傳播和擴散增大。經(jīng)過了一段時間缺陷變得明顯，便產(chǎn)生了機械振動并且引起聽覺噪聲[2]。通過基于振動特性的狀態(tài)監(jiān)測技術，可以提高預知性檢維修，減少設備故障發(fā)生率，大大縮減相關維修費用，經(jīng)濟效益明顯。

1 軸承故障經(jīng)過

石化公司某廠擠壓機電機為AEG 公司制造，功率1800 kW，額定電壓6 kV，頻率為50 Hz，額定電流215 A，轉速為990 r/min，剛性基礎，轉軸中心高475 mm，絕緣等級為F 級。負荷側軸承型號為SKF NU234+6038，風扇軸承型號為SKF NU234。

2022 年1 月10 日，日常監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)電機負荷側聲音異常，采用vm-63 便攜式測振儀監(jiān)測振動，負荷側軸承軸向振動烈度在4.2～7.6 mm/s，垂直和水平振動無增大趨勢；風扇側軸承聲音正常，振動烈度最大為1.0 mm/s，電機負荷側軸承軸向振動明顯增大。兩軸承的最高溫度為62 ℃，溫度正常。電機軸承補充潤滑脂后振動有所降低，但仍在2.2～4.7 mm/s 波動。1 月11 日，使用SKF CMXA80 振動數(shù)據(jù)采集儀再次進行離線監(jiān)測精密診斷，采集數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 2022 年1 月11 日電機軸承振動監(jiān)測采集數(shù)據(jù)

根據(jù)GB/T 6075.3—2011《機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動》，額定功率大于500 kW 并且小于50 MW 的大型設備，轉軸中心高不小于315 mm，剛性基礎，振動評定等級為：A 級≤2.3 mm/s，2.3 mm/s＜B 級≤4.5 mm/s，4.5 mm/s＜C級≤7.1 mm/s，D 級＞7.1 mm/s。電機風扇側軸承振動烈度最大為0.7 mm/s，軸承振動評定等級為A，風扇側軸承振動正常；負荷側軸承振動烈度1.7～4.9 mm/s，且存在非周期性波動，最大值為4.9 mm/s，電機負荷側軸承振動評定等級為C，不適宜連續(xù)長周期運行。

負荷側軸承軸向振動頻譜圖如圖1 所示，可以看出主振頻及主要波動頻率均為262.5 Hz，該頻率近似四倍SKF 6038 軸承滾動體故障特征頻率，由此判斷電機軸承滾動體磨損。

圖1 電機負荷側軸承軸向振動頻譜圖

依據(jù)SKF 滾動軸承加速度包絡gE 值（無量綱）、軸承運行狀態(tài)判定的參考標準，在轉速為500～1000 r/min 時，gE 值不大于2.0gE 的為綠區(qū)，介于2.0gE～4.0gE 的為黃區(qū)，大于4.0gE 的為紅區(qū)。該電機轉速為990 r/min，由此判定風扇側軸承沖擊值處于綠區(qū)、軸承正常，負荷側軸承沖擊值處于紅區(qū)。

主電機負荷側軸承沖擊頻譜圖如圖2 所示，可以看出電機負荷側軸承沖擊譜中存在131 Hz 及其諧波，該頻率近似二倍SKF 6038 軸承滾動體故障特征頻率。

圖2 主電機負荷側軸承沖擊頻譜圖

綜上分析，電機負荷側軸承振動存在以下特性：①軸承軸向振動超標，且存在非周期性波動；②軸承振動頻譜圖中，主振頻及主要波動頻率均為262.5 Hz，該頻率近似四倍SKF 6038 軸承滾動體故障特征頻率；③軸承沖擊值位于紅區(qū)，沖擊譜中存在131 Hz 及其諧波，該頻率近似二倍SKF 6038 軸承滾動體故障特征頻率。

振動譜圖中出現(xiàn)故障頻率特征及其諧波，表明軸承存在損壞。當軸承表面局部損傷時，在運行的過程中要撞擊接觸表面并產(chǎn)生沖擊脈沖力，振動加速度包絡信號也同時出現(xiàn)故障特征頻率和諧波分量，軸承的損傷程度將逐步加劇[3]。因此判定負荷側定位軸承（KSF 6038）磨損間隙變大、滾動體故障、軸承異常磨損，建議運行部及時停機，檢查軸承、定位環(huán)磨損情況及配合間隙，并更換軸承。

2 電機軸承故障檢修驗證情況

2022 年1 月13 日，機組停機電機拆檢。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，負荷側軸承（SKF NU234+6038 雙軸承）中NU234 軸承滾動體表明光潔度良好，SKF 6038 軸承滾動體表面粗糙度高、有輕微剝落，滾動體磨損變形，軸承內(nèi)圈有明顯偏磨痕跡（圖3）。電機軸向振動出現(xiàn)非周期性波動的原因，是負荷側軸承滾動體光潔度損壞，輕微的剝落、不均勻的磨損所致。同時也驗證了負荷側軸承滾動體故障、軸承異常磨損的診斷結論，避免了設備故障。

圖3 主電機負荷側SKF 6038 軸承拆檢情況

3 主電機負荷側軸承故障原因分析

在電機中，軸承雖然只是支撐轉子的一個部件，但是電機多種故障是以軸承振動大、發(fā)熱等形式反映出來的[4]。

受長期載荷變化的影響，滾動軸承的滾動體和內(nèi)外滾道產(chǎn)生的疲勞裂紋，首先出現(xiàn)在接觸面下最大交變剪應力區(qū)域，隨后會逐漸延伸到接觸表面，在接觸表面會產(chǎn)生斑點狀的剝落，隨著運行時間的增加斑點狀剝落會慢慢發(fā)展為更大的疲勞剝落。疲勞剝落是滾動軸承失效的最主要原因，因此軸承的使用時間取決于其疲勞壽命。

磨損的主要原因是，滾珠與滾道之間的相對運動以及有異物進入滾道而引起的表面磨損。另外，潤滑狀態(tài)不良也會加劇軸承磨損進度，當軸承游隙超過最大允許游隙時，致使其表面粗糙度增加從而降低了軸承的工作精度，最終導致軸承無法正常工作而發(fā)生故障。

結合監(jiān)測及軸承拆檢情況進一步分析，振動特性反映出負荷側軸承軸向振動大且存在非周期性波動。拆檢發(fā)現(xiàn)，負荷側軸承內(nèi)圈有偏磨的痕跡，說明軸承承受了較大的軸向機械力。負荷側軸承只是該電機的定位軸承，軸向承載能力較差。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器彈性柱銷磨損，使得軸向力的緩沖能力降低，最終導致負荷側定位軸承滾動體磨損、內(nèi)圈偏磨。電機負荷側的聲音異常，是由于軸承上疲勞斑點增大共振時發(fā)出的叫聲。

2022 年1 月14 日，電機軸承更換后再次進行振動監(jiān)測，負荷側軸承振動烈度最大0.6 mm/s，風扇側軸承振動烈度最大為0.5 mm/s，電機兩側軸承振動正常，軸承的聲音、溫度均正常。

4 總結

（1）利用軸承狀態(tài)監(jiān)測技術可以了解軸承的運行狀況，并對可能發(fā)生的故障進行早期檢測，指導設備預知性維護檢修。

（2）通過振動特性監(jiān)測結合譜圖分析，可以快速、準確、高效地判斷出故障原因及類型。

（3）基于振動特性的故障診斷，進一步提高了設備的管理水平和維修效率，經(jīng)濟效益明顯。