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利用综合诊断技术对高速电机轴承进行状态监测 夏放 刘仁德 王正友 韦天爽摘 要： 当前对旋转设备进行状态监测的手段，使用比较普遍的方法主要有振动分析和油液分析。但许多情况下，使用单一的分析手段很难确诊故障发生的部位和故障的严重程度，这时候最有效的手段就是综合利用多种分析技术来对其进行监测。文章通过振动和磨损分析的综合诊断，准确预报了高炉脱硅除尘风机的电机轴承存在的故障，进一步说明综合诊断的必要性。 关键词： 振动分析 光谱分析 铁谱技术 滚动轴承 状态监测 冶金工业中，大量使用各种设备装置，其生产能力在很大程度上依赖于设备能力。如果能够减少设备故障，将设备开工率提高10％，就等于在不进行设备投资的情况下提高了10％的生产能力，因此，提高各种设备的可靠性对实现设备的连续运转已经变得不可缺少了。此外，通过提高和稳定质量以及延长设备的使用寿命，以实现减少维修成本的要求越来越高。 设备维修体制经历了事后维修、以时间为基准的维修（Time Based Maintenance简称TBM）和以状态为基准的维修（Condition Based Maintenance简称CBM）三个阶段。TBM由于是无条件的定期维修，因而存在过度维修的问题，会造成不必要的浪费。而CBM是通过诊断设备状态，根据诊断结果实施设备维修，是最佳的维修方法。CBM能够有效实施的前提条件就是对设备状态的诊断结果要准确可靠。当前进行状态监测的手段，使用比较普遍的方法主要有振动分析和油液分析。振动分析是通过对振动信号的处理来判断设备的磨损状态，它能诊断出故障的类型和部位，但受工况条件的影响比较大。油液分析则是利用光谱和铁谱分析技术对润滑剂中磨损颗粒进行定量和定性分析，从而诊断出故障的类型和部位，它的分析结果受工况条件的影响较小，主要适用于低速、重载且故障发展比较缓慢的设备。但多数情况下，使用单一的分析手段很难确诊故障发生的部位和故障的严重程度，这时候最有效的手段就在于综合利用多种分析技术来对其进行监测。 脱硅除尘风机是高速旋转设备，属炼钢生产线上的重要设备，倘若发生故障，将直接影响到高炉的正常运行，并将造成巨大的经济损失，因此把握电机轴承的工作状态有着重要的意义。自2001年1月该设备纳入受控监测以来，该机组的振动值一直处于比较稳定状态。2002年10月22日，振动测试分析表明电机两侧轴承的振动值有增大现象，怀疑轴承有异常磨损出现。由于机组中风机、联轴节和电机之间的异常振动有传递性，三者之间有可能相互影响，因此，为进一步确认发生故障的部位及轴承的磨损程度，还对电机两侧轴承的润滑脂取样进行光谱和铁谱分析。关于润滑脂的光谱和铁谱分析方法，可以参考有关文献[1～5]，在此不再赘述。 1 基本参数 轴承型号：电机负荷侧：SKF NU234 EcMa/C3；电机自由侧：SKF NU23OEC3。 轴承材质：轴承内、外圈：轴承钢，其合金元素以铬（Cr）和锰（Mn）为主。滚动体：高铬合金钢，硬度HRC60-64。保持架：黄铜。 润滑方式：电机两侧轴承的润滑均采用2＃极压锂基脂进行润滑。 试验仪器：振动测试所用仪器为：日本生产的MCV－021测振仪，SONY PC208AX 磁带机，CF－920频谱分析仪。磨损测试采用仪器为：美国Standard Oil公司生产的双联分析式铁谱仪、Predict 公司生产的RPD旋转式铁谱仪和日本Olympus BX60铁谱显微镜。 取样状态说明：脱硅除尘风机示意图如图1所示。图中1、2为滚动轴承，3、4为滑动轴承。在对电机轴承润滑脂取样前，先将出油孔外部已被污染了的润滑脂去除，再通过添加新润滑脂将轴承内润滑脂挤出的方式采集油样，取样量约100克左右。 图1 脱硅除尘风机示意图 轴承故障频率：以下是电机负荷侧轴承的故障频率计算公式： 外圈：7.66667×f电机 内圈：10.3333×f电机 滚柱：3.30093×f电机 保持架：0.425926×f电机 其中f电机为电机转速频率。 2 结果与讨论 2.1 振动分析 该设备自纳入受控监测以来，其振动值一直处于比较稳定的状态，电机两侧轴承座上振动速度平均值一般在0.5 mm·s-1左右，振动加速度一般在1.0 m·s-2以下。2002年10月22日，振动测试分析表明电机负荷侧轴承的振动值有增大现象（见表1），尤其是垂直和水平方向的振动加速度和轴承冲击值增加明显，怀疑轴承有异常磨损出现。于是在11月5日再次对其进行了跟踪监测。 2.1.1 振动值分析 将设备正常状态（2002年8月8日）下与异常状态（2002年11月5日）下振动值进行比较，可以发现： 振动速度值：电机负荷侧轴承座上除了轴间振动增加外，其水平和垂直方向的振动值基本相当。