空氣壓縮機電機軸承失效分析
2009-12-21
陳明華，楊舸
（油建裝備技術服務公司）
（油建裝備技術服務公司）
摘 要：本文通過對空壓機電機軸承的失效分析，進一步討論離線監測系統的局限性，及相應的解決對策。
關鍵詞：軸承失效分析；振動；離線監測系統；局限性；解決對策
中圖分類號：TH 133.33 文獻標識碼：B
離線監測系統是國內在狀態監測系統中針對普通旋轉設備應用Z普遍Z成熟的技術。它在通常的設備故障診斷中能較為準確的判斷設備運行狀態、故障類型以及嚴重程度，但對于某些設備故障的監測與診斷，離線監測卻顯得不能勝任。
在此筆者結合實際工作中遇到的空壓機電機軸承突然失效的案例，及針對該案例的分析來討論設備故障。
一、情況介紹
該空壓機采用離線監測方式監測。失效軸承為電機驅動端軸承。空壓機機組結構見圖1。
關鍵詞：軸承失效分析；振動；離線監測系統；局限性；解決對策
中圖分類號：TH 133.33 文獻標識碼：B
離線監測系統是國內在狀態監測系統中針對普通旋轉設備應用Z普遍Z成熟的技術。它在通常的設備故障診斷中能較為準確的判斷設備運行狀態、故障類型以及嚴重程度，但對于某些設備故障的監測與診斷，離線監測卻顯得不能勝任。
在此筆者結合實際工作中遇到的空壓機電機軸承突然失效的案例，及針對該案例的分析來討論設備故障。
一、情況介紹
該空壓機采用離線監測方式監測。失效軸承為電機驅動端軸承。空壓機機組結構見圖1。
電機轉速2960r/min (49.35Hz)；功率45kW；驅動端軸承型號NU312；非驅動端軸承型號6214ZC3；軸承潤滑方式為潤滑脂潤滑。
空壓機軸承失效前設備振動測試Z近的日期為2005年10月11日。空壓機軸承失效日期為2005年10月23日。失效過程：操作人員巡檢時未發現設備運行異常，但半小時后報警系統顯示空壓機異常停機，操作人員至現場發現電機驅動端軸承已抱軸。
該軸承于10月26日更新，10月30日對該壓縮機進行了再次振動監測。
在10月11日的時域波形圖中未見軸承因部件缺陷而引起的沖擊峰值，且時域波形圖中的Z高峰值小于10月30日時域波形圖中的Z高峰值。通過以上對比分析可知10月11日該軸承從振動數據來看仍然處于正常運行狀態。
二、軸承失效后的各部件反映的信息
軸承保持架隔離各滾子的橫筋大部分已掉落，它被擠壓程度不一。軸承內圈滾道一半有明顯的凹痕，凹痕之間距離很近，另一半則沒有。大部分滾子上都有受壓變形的痕跡，但變形痕跡大小不一，將兩個滾子分別放在臨近的兩個凹痕上，兩個滾子則擠在一起沒有間距，在軸承的內圈與外圈滾道未見軸承使用過程中的常見缺陷，如：磨損痕跡、疲勞剝落痕跡。
三、軸承失效過程分析
綜合振動分析及軸承各部件反映的信息判斷：軸承保持架在設備運轉過程中不是受力部件；但當設備運行工況變化，或頻繁加卸載時，存在缺陷的軸承保持架會在附加載荷的反復作用下，缺陷逐步擴展，使保持架橫筋斷裂，造成部分滾子相互擠壓，并將臨近的橫筋擠斷，軸承溫度急劇升高，Z終導致軸承失效。
四、結論
1．10月11日該軸承從振動數據來看仍然處于正常運行狀態。
2．軸承保持架橫筋存在局部裂紋缺陷。
3．變化的工況使軸承保持架承受額外附加載荷而失效，導致軸承Z終失效。
五、思考與討論
通過對空壓機軸承失效的分析，可以看到離線監測系統對設備狀態進行評估的不足，具體表現在以下兩類設備上。
1．設備故障初期因程度輕，從振動上不能表現出來，只有發展到較為嚴重時，才會表現出來。如：軸裂紋、滾動軸承保持架疲勞斷裂等。頻繁啟動或J頻繁加卸載和啟動扭矩大的設備易出現這類設備故障。
2．因工藝條件變化或誤操作而產生的設備振動，如：氣蝕、抽空、喘振、容積類設備出口憋壓等。傳送介質溫度、壓力變化大，氣液混相和含雜質的設備易出現這類設備故障。
以上這兩類設備故障發生時，都有溫度上升和振動上升的表現。一般來講類設備故障首先表現在溫度方面，當設備故障發展到中后期時才會在振動方面明顯表現；第二類設備故障由于不是由設備本身原因產生，因而當出現設備故障時通常直接表現在振動方面，但Z終會導致設備本身的故障，如：軸承故障、油封磨損、機封泄漏、轉子掃膛。
針對解決這兩類設備故障，可采取以下措施來彌補離線監測系統的不足。
1．對于易發生類故障的設備應加裝溫度傳感器，并設置溫度報警；當溫度報警時，應及時進行現場測試分析。
2．對于易發生第二類故障的設備應加裝振動傳感器，并設置振動報警；當振動報警時，應及時進行現場測試分析。
空壓機軸承失效前設備振動測試Z近的日期為2005年10月11日。空壓機軸承失效日期為2005年10月23日。失效過程：操作人員巡檢時未發現設備運行異常，但半小時后報警系統顯示空壓機異常停機，操作人員至現場發現電機驅動端軸承已抱軸。
該軸承于10月26日更新，10月30日對該壓縮機進行了再次振動監測。
在10月11日的時域波形圖中未見軸承因部件缺陷而引起的沖擊峰值，且時域波形圖中的Z高峰值小于10月30日時域波形圖中的Z高峰值。通過以上對比分析可知10月11日該軸承從振動數據來看仍然處于正常運行狀態。
二、軸承失效后的各部件反映的信息
軸承保持架隔離各滾子的橫筋大部分已掉落，它被擠壓程度不一。軸承內圈滾道一半有明顯的凹痕，凹痕之間距離很近，另一半則沒有。大部分滾子上都有受壓變形的痕跡，但變形痕跡大小不一，將兩個滾子分別放在臨近的兩個凹痕上，兩個滾子則擠在一起沒有間距，在軸承的內圈與外圈滾道未見軸承使用過程中的常見缺陷，如：磨損痕跡、疲勞剝落痕跡。
三、軸承失效過程分析
綜合振動分析及軸承各部件反映的信息判斷：軸承保持架在設備運轉過程中不是受力部件；但當設備運行工況變化，或頻繁加卸載時，存在缺陷的軸承保持架會在附加載荷的反復作用下，缺陷逐步擴展，使保持架橫筋斷裂，造成部分滾子相互擠壓，并將臨近的橫筋擠斷，軸承溫度急劇升高，Z終導致軸承失效。
四、結論
1．10月11日該軸承從振動數據來看仍然處于正常運行狀態。
2．軸承保持架橫筋存在局部裂紋缺陷。
3．變化的工況使軸承保持架承受額外附加載荷而失效，導致軸承Z終失效。
五、思考與討論
通過對空壓機軸承失效的分析，可以看到離線監測系統對設備狀態進行評估的不足，具體表現在以下兩類設備上。
1．設備故障初期因程度輕，從振動上不能表現出來，只有發展到較為嚴重時，才會表現出來。如：軸裂紋、滾動軸承保持架疲勞斷裂等。頻繁啟動或J頻繁加卸載和啟動扭矩大的設備易出現這類設備故障。
2．因工藝條件變化或誤操作而產生的設備振動，如：氣蝕、抽空、喘振、容積類設備出口憋壓等。傳送介質溫度、壓力變化大，氣液混相和含雜質的設備易出現這類設備故障。
以上這兩類設備故障發生時，都有溫度上升和振動上升的表現。一般來講類設備故障首先表現在溫度方面，當設備故障發展到中后期時才會在振動方面明顯表現；第二類設備故障由于不是由設備本身原因產生，因而當出現設備故障時通常直接表現在振動方面，但Z終會導致設備本身的故障，如：軸承故障、油封磨損、機封泄漏、轉子掃膛。
針對解決這兩類設備故障，可采取以下措施來彌補離線監測系統的不足。
1．對于易發生類故障的設備應加裝溫度傳感器，并設置溫度報警；當溫度報警時，應及時進行現場測試分析。
2．對于易發生第二類故障的設備應加裝振動傳感器，并設置振動報警；當振動報警時，應及時進行現場測試分析。
