滑动轴承故障诊断案例
发布时间：2013-10-08苟新超1 唐世应2 唐咏2 周川3
（1.江苏永钢集团有限公司，江苏张家港 215600；2.马鞍山钢铁股份有限公司能源总厂，安徽马鞍山 243000；3.昆明理工大学，云南昆明 650000）
（1.江苏永钢集团有限公司，江苏张家港 215600；2.马鞍山钢铁股份有限公司能源总厂，安徽马鞍山 243000；3.昆明理工大学，云南昆明 650000）
摘 要：通过传统“五感”点检法对滑动轴承做定性判断，再结合频谱仪，改变常规采样参数设置，采集各类振动信号对轴承故障做定量分析，提出维修建议，后经实践证明无误；使用同样检测、分析方法对其他机组诊断，先后发现4台机组存在类似故障，同样方法处理后故障消除。
关键词：滑动轴承；振动；冲击；故障诊断
1 引言
大型旋转设备在钢铁企业中应用广泛，如制氧用离心式压缩机组、高炉用轴流式压缩机组、转炉一次除尘用离心风机等，该类设备多为滑动轴承支撑，滑动轴承一旦发生故障对机组安全运行将造成严重威胁，因此研究滑动轴承故障意义重大。滑动轴承的常见故障有：供油不良引起的轴承磨损或烧瓦、轴承内有异物引起的异常振动和冲击、因油温或油质异常等引起的油膜振荡或油膜涡动、轴承顶部间隙过大油膜Z小厚度过大引起的振动等等，这些故障常通过监测转子位移信号和轴承座速度信号分析，因为其特征频率主要集中在低频振动（<1000 Hz）[1]。
本案例通过现场耳听、手摸对轴承做定性判断，再结合频谱仪、改变常规采样参数设置、采集振动信号对轴承故障做定量分析，成功诊断出一类特殊的滑动轴承故障，并提出维修建议，后经实践证明无误。
2 机组介绍
本案例的诊断对象是转炉一次除尘用离心风机机组，该机组由主电机、液力偶合器、风机等组成。风机主要性能参数：风量2000m3/min、压升28 KPa、转速2890 r/min（可调），电机功率1250 KW。
该机组为滑动轴承支撑，止推轴承布置在风机靠近联轴器侧，支撑轴承布置在风机自由端，滑动轴承为剖分式结构、动压滑动轴承。
3 故障描述[2]
该机组从2006年安装至今，约3个月更换一次叶轮，并对叶轮和机壳清灰。2007年10月发现风机自由端轴承座有“哒哒哒”的异响，并伴有明显的、有节奏的振动手感，振动烈度[2]1.5~3 mm/s，未超标（根据陕鼓公司鼓风机说明书和现场经验，该机组振动烈度控制在6 mm/s 以下）。
2008年6月17日使用速度传感器采集风机自由端轴承座振动信号，发现波形中有许多尖峰、毛刺，如图1所示。随即改用加速度传感器测试振动冲击信号，发现有明显的冲击脉冲，如图2所示。经上位机分析，速度传感器采集的振动信号，统计特性中峭度5.84，加速度传感器采集的振动信号，统计特性中峭度21.57。振动烈度1.592 mm/s，未超标。
关键词：滑动轴承；振动；冲击；故障诊断
1 引言
大型旋转设备在钢铁企业中应用广泛，如制氧用离心式压缩机组、高炉用轴流式压缩机组、转炉一次除尘用离心风机等，该类设备多为滑动轴承支撑，滑动轴承一旦发生故障对机组安全运行将造成严重威胁，因此研究滑动轴承故障意义重大。滑动轴承的常见故障有：供油不良引起的轴承磨损或烧瓦、轴承内有异物引起的异常振动和冲击、因油温或油质异常等引起的油膜振荡或油膜涡动、轴承顶部间隙过大油膜Z小厚度过大引起的振动等等，这些故障常通过监测转子位移信号和轴承座速度信号分析，因为其特征频率主要集中在低频振动（<1000 Hz）[1]。
本案例通过现场耳听、手摸对轴承做定性判断，再结合频谱仪、改变常规采样参数设置、采集振动信号对轴承故障做定量分析，成功诊断出一类特殊的滑动轴承故障，并提出维修建议，后经实践证明无误。
2 机组介绍
本案例的诊断对象是转炉一次除尘用离心风机机组，该机组由主电机、液力偶合器、风机等组成。风机主要性能参数：风量2000m3/min、压升28 KPa、转速2890 r/min（可调），电机功率1250 KW。
该机组为滑动轴承支撑，止推轴承布置在风机靠近联轴器侧，支撑轴承布置在风机自由端，滑动轴承为剖分式结构、动压滑动轴承。
3 故障描述[2]
该机组从2006年安装至今，约3个月更换一次叶轮，并对叶轮和机壳清灰。2007年10月发现风机自由端轴承座有“哒哒哒”的异响，并伴有明显的、有节奏的振动手感，振动烈度[2]1.5~3 mm/s，未超标（根据陕鼓公司鼓风机说明书和现场经验，该机组振动烈度控制在6 mm/s 以下）。
2008年6月17日使用速度传感器采集风机自由端轴承座振动信号，发现波形中有许多尖峰、毛刺，如图1所示。随即改用加速度传感器测试振动冲击信号，发现有明显的冲击脉冲，如图2所示。经上位机分析，速度传感器采集的振动信号，统计特性中峭度5.84，加速度传感器采集的振动信号，统计特性中峭度21.57。振动烈度1.592 mm/s，未超标。
图1 检修前风机自由端轴承座水平方向速度信号波形与概率密度曲线
图2 检修前风机自由端轴承座水平方向加速度信号波形与概率密度曲线
2008年6月18日更换叶轮，更换叶轮时发现风机自由端轴承下瓦3块垫块固定螺丝严重松动，随后对其紧固。新叶轮安装后振动烈度2.5 mm/s左右，较以往大，冲击信号特征依然存在。
2008年7月11日对风机自由端轴承拆检，用压铅丝法测量轴承压盖过盈量，发现设计0.02 mm~0.05 mm的过盈量实际为近0.7 mm 的间隙，在轴承顶部垫块下垫0.7 mm垫片。当日下午试车，机组振动烈度1.09 mm/s，峭度均小于3，无冲击信号特征。图3和图4分别为检修后的速度、加速度信号波形与概率密度曲线。
4 故障分析与维修情况
从2007年10月使用传统“五感”点检法获得的信息可定性地判断轴承本身已经存在故障，但振动烈度正常，认为尚无检修必要。
对2008年6月17日的测试数据定量分析，振动烈度正常，但冲击指标峭度严重超标，理想状态概率密度曲线呈正态分布、峭度不大于3，而此速度信号峭度5.84、加速度信号峭度21.57。从信号概率密度曲线（图1和图2）看出速度信号有较大偏移量并很陡峭，已无正弦函数的盆形特征；加速度信号非常陡峭，说明峰值周围停留的时间很短，即有冲击脉冲。
据此，可定性判断轴承存在冲击故障，且已超出容忍范围。从图2可测量每次冲击的时间间隔为0.0285 s，35.09 Hz，与转速频率一致，即每转一圈冲击一次，推断滑动轴承的冲击信号可能由轴瓦零部件松动或轴承内有异物产生。冲击信号的频率范围广，可能覆盖到轴承及机组某零部件的故有频率，引起共振，必须彻底消除，所以应对风机自由端滑动轴承拆检。
2008年6月18日风机叶轮定期下线保养，更换叶轮时拆检风机自由端滑动轴承，发现下瓦3块垫块固定螺丝严重松动，排除轴承内有异物，初步判断轴瓦垫块松动为冲击信号源。但试车时发现冲击信号特征依然存在，而且新叶轮安装后振动烈度2.5 mm/s左右，较以往变大，说明故障未排除且有恶化倾向。滑动轴承固定靠轴承压盖过盈量保证[2]，过盈量不足会导致轴承径向、轴向相对移动，从而产生冲击。综上，决定再对风机自由端滑动轴承拆检，主要检查轴承压盖过盈量。
2008年7月11日检查风机自由端轴承，发现轴承压盖过盈量严重不足，调整后试车，振动烈度恢复正常、冲击故障彻底消除，如图3、图4所示。比对图2与图4，检修前后加速度信号概率密度曲线，图4中概率密度曲线类似正态分布，曲线变得平缓、原陡峭现状消除；峭度由21.57降为2.776。
2008年7月11日对风机自由端轴承拆检，用压铅丝法测量轴承压盖过盈量，发现设计0.02 mm~0.05 mm的过盈量实际为近0.7 mm 的间隙，在轴承顶部垫块下垫0.7 mm垫片。当日下午试车，机组振动烈度1.09 mm/s，峭度均小于3，无冲击信号特征。图3和图4分别为检修后的速度、加速度信号波形与概率密度曲线。
4 故障分析与维修情况
从2007年10月使用传统“五感”点检法获得的信息可定性地判断轴承本身已经存在故障，但振动烈度正常，认为尚无检修必要。
对2008年6月17日的测试数据定量分析，振动烈度正常，但冲击指标峭度严重超标，理想状态概率密度曲线呈正态分布、峭度不大于3，而此速度信号峭度5.84、加速度信号峭度21.57。从信号概率密度曲线（图1和图2）看出速度信号有较大偏移量并很陡峭，已无正弦函数的盆形特征；加速度信号非常陡峭，说明峰值周围停留的时间很短，即有冲击脉冲。
据此，可定性判断轴承存在冲击故障，且已超出容忍范围。从图2可测量每次冲击的时间间隔为0.0285 s，35.09 Hz，与转速频率一致，即每转一圈冲击一次，推断滑动轴承的冲击信号可能由轴瓦零部件松动或轴承内有异物产生。冲击信号的频率范围广，可能覆盖到轴承及机组某零部件的故有频率，引起共振，必须彻底消除，所以应对风机自由端滑动轴承拆检。
2008年6月18日风机叶轮定期下线保养，更换叶轮时拆检风机自由端滑动轴承，发现下瓦3块垫块固定螺丝严重松动，排除轴承内有异物，初步判断轴瓦垫块松动为冲击信号源。但试车时发现冲击信号特征依然存在，而且新叶轮安装后振动烈度2.5 mm/s左右，较以往变大，说明故障未排除且有恶化倾向。滑动轴承固定靠轴承压盖过盈量保证[2]，过盈量不足会导致轴承径向、轴向相对移动，从而产生冲击。综上，决定再对风机自由端滑动轴承拆检，主要检查轴承压盖过盈量。
2008年7月11日检查风机自由端轴承，发现轴承压盖过盈量严重不足，调整后试车，振动烈度恢复正常、冲击故障彻底消除，如图3、图4所示。比对图2与图4，检修前后加速度信号概率密度曲线，图4中概率密度曲线类似正态分布，曲线变得平缓、原陡峭现状消除；峭度由21.57降为2.776。
图3 检修后风机自由端轴承座水平方向速度信号波形与概率密度曲线
图4 检修后风机自由端轴承座水平方向加速度信号波形与概率密度曲线
连续观察1周，该机组运行正常，未发现冲击故障。用上述检测、分析方法对其他机组诊断，先后发现4台机组存在类似故障，同样方法处理后故障消除。
5 总结
5.1 点检方法应注重传统“五感”与先进仪器相结合，传统方法适合定性判断、现代分析仪器适合定量分析，Z终结合二者综合判断。
5.2 频谱仪的采样设置应根据测试对象、目的设定，加速度对冲击信号较为明显，当速度信号中有“毛刺”时应改变传感器类型。
5.3 振动有三种表达方式位移、速度、加速度，要突破常规的测试惯例，不能只对滚动轴承、齿轮箱测量加速度，滑动轴承也要测量加速度。
5.4 点检人员必须参与维修过程，及时修改检测方案、与维修人员分享点检信息。
5.5 成功案例的归纳、总结可应用到同类型的其他设备上。
参考文献：
[1]屈维德,唐恒龄.机械振动手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]丰田立夫(日).设备现场诊断开展方法[M].北京:冶金工业出版社,1985.
5 总结
5.1 点检方法应注重传统“五感”与先进仪器相结合，传统方法适合定性判断、现代分析仪器适合定量分析，Z终结合二者综合判断。
5.2 频谱仪的采样设置应根据测试对象、目的设定，加速度对冲击信号较为明显，当速度信号中有“毛刺”时应改变传感器类型。
5.3 振动有三种表达方式位移、速度、加速度，要突破常规的测试惯例，不能只对滚动轴承、齿轮箱测量加速度，滑动轴承也要测量加速度。
5.4 点检人员必须参与维修过程，及时修改检测方案、与维修人员分享点检信息。
5.5 成功案例的归纳、总结可应用到同类型的其他设备上。
参考文献：
[1]屈维德,唐恒龄.机械振动手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]丰田立夫(日).设备现场诊断开展方法[M].北京:冶金工业出版社,1985.
来源：《冶金动力》2008年第6期