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軸承知識

軸承知識
水泥設備振動的識別與處理
王占光
(焦作堅固水泥有限公司)
0 引言
設備的穩定運行是生產的基礎,振動不僅有損設備壽命,其無功消耗也是企業效益的直接損失。規模相同、產能相同的企業,為什么效益不同,這與穩定運行密不可分。所以降低振動,減小無功消耗,意義重大。隨著科技的進步,測振元件已廣泛應用于水泥行業,對水泥設備的監護和穩定運行起到了積極的作用,也為振動的分析提供了依據。本文通過對振動特征的分析,闡述振動的識別與處理方法,供同行們交流。
1.0 設備振動源的分析
振動的種類很多,形式多樣。但對于水泥行業來說,主要是通過對振動特征的分析,找出振源,消除振動的原因,降低振動強度等級,保證設備穩定運行。水泥設備的振動主要來自于設備的支撐、動力的傳遞、回轉體的不平衡、緊固件的松動、零部件的干涉以及系統的擾動等幾個方面。
1.1 來自于支撐方面的振動
支撐的振動主要來自于軸承的損壞、設備機座剛度的不足和松動。當軸承的內外套及滾動體出現點蝕剝落時,由于接觸面的不光滑,運轉時便會產生沖擊振動,伴隨振動發出的響聲連續、悶長且殘破,有明顯的壓潰感,多表現在垂直方向較為劇烈,振動值偏大;若軸承內外套或滾動體斷裂,在滾動體通過裂縫瞬間時,產生沖擊振動,發出的響聲較大,且殘破脆短,裂縫的直徑方向振動值偏大;若異物卡入軸承內,不但引起振動,還會發出尖叫聲, 若異物停留在滾道內形成墊層,滾動體通過該處時產生振動,其發出的響聲發悶且有阻力感, 振動表現在墊層的徑向偏大,若異物隨軸承運轉會發出摩擦響聲,一旦聽到軸承內發出摩擦、尖叫,可能是保持架出了問題;當軸承與軸不同心時,振動表現在軸向較大,響聲時輕時重, 但比較規律,主機負載呈現有規律的波動;正常磨損的軸承,若游隙超過了初始游隙的三倍以上,振動值會明顯增加,振動方向以垂直方向為主。對于滑動軸承,一般情況下無聲無振, 只有在軸與瓦間隙過大時,由于潤滑油的渦動,才會產生振動,振動的方向表現在垂直方面, 還有一種情況就是,在回轉體軸向定位不好時,回轉體的軸向來回串動,磕碰瓦裙產生軸向振動。運轉中的滾動軸承或滑動軸承出現以上情況,無論哪一種,其表現的振動值、振動方向,由小到大,再由大到小,都比較規律,峰值穩定,軸承響聲也是如此。設備機座剛度不足時,設備顫動量大,易產生左右晃動,振動值不穩定,峰值時大時小,振動方向也不穩定, 有時垂直方向大,有時水平方向大,有時軸向方向大;若機座松動,如軸承蓋、地腳、墊鐵松動,當其松動的程度還未影響到安裝精度時,則多表現在垂直方向振動值增大。
1.2 動力傳遞過程引起的振動
水泥行業的動力傳遞以齒輪、皮帶、聯軸器等為主,振動也由此產生。正常的齒輪傳動,嚙合響聲比較均勻,振動也比較穩定,但在如軸承損壞、齒輪點蝕、斷齒、鍵切斷、軸彎曲等情況下,齒輪的重疊系數減小,嚙合精度降低,運轉中便會產生沖擊,振動不可避免, 發出難聽的噪音,我廠一臺人字齒輪減速機,曾出現斷齒事故,斷掉部分約占總長度的百分之四十,降低了鎳和精度,重疊系數減小,發出周期性的響聲和振動,就是根據振動的方向并結合各級速比計算出頻率,確定了斷齒的部位,驗算承載能力后,確定了降負荷的運行方案,一直等到了備件到位,才做了更換。軸承損壞時,齒輪嚙合不穩定,撞擊聲不斷,直齒輪振動值水平方向和垂直方向增大,斜齒輪則軸向增大;鍵切或鍵松動時,出現不正常嚙合, 沖擊頻次較低,反映到主機表現為轉數不穩定,振動方向多表現在垂直方向和水平方向;齒輪出現點蝕,噪音連續、穩定、難聽,直齒輪的振動以垂直方向為主,斜齒輪則以軸向為主;斷齒時沖擊甚重,響聲脆短不連續,頻率與轉速相關,垂直方向振值很大;軸彎時齒輪響聲, 時輕時重比較規律,頻率與轉速一致,振動以水平方向、垂直方向為大。皮帶傳動中的振動以皮帶的松緊、軸承的損壞引起的振動比較典型,皮帶過松時,有時吃力大有時吃力小,往往引起振動,造成轉速不穩,皮帶出現上下抖動,并發出拍打聲響,振動方向表現在量皮帶輪的連線上;軸承損壞時的表現特征除了以上特征外,也伴隨有軸承不正常響聲和振動。傳動中最為常見、最為突出的振動,來自于聯軸器,因為聯軸器的安裝一般在最后,或是時間緊或是疏忽或是工具不到位,同軸度很難保證,運轉起來產生擾動,軸向振動增大,兩端設備響聲不均,負荷出現波動。
1.3 回轉體不平衡引起的振動
運行中的設備,回轉體的不平衡,一般由不均勻粘灰、不均勻磨損、軸的彎曲、配重塊的松動或脫落等原因引起,但是無論是以上哪一種原因引起的不平衡,其表現特征大致相同,反映在水平方向上的振動特別大,其振動值峰值波動規律、穩定,有明顯的周期性,只是軸彎曲后振動值會逐日增大,這是因為軸在振動中運行,會越來越彎;粘灰一般不牢靠, 隨著振動有時會脫落,表現出現今日振動,明日或許不振,這很可能是粘灰所致;當支撐回轉體的軸承出現跑圈時,由于其間隙過大,定心功能消退,若把回轉體的兩個支撐和聯軸器聯系起來看,如同軸彎一樣,其不平衡量很大,振動值也特別大,突出反映在水平方向,軸向次之,過一段時間或許好轉,停機再開或許不振,但不會長久;由于種種原因,如軸承外套與軸承座配合間隙較大等,回轉體的支撐軸承在外力的驅動下,會出現內外套歪斜、軸承外套與軸承座的歪斜,當軸承座剛度不足時還會引起軸承座的歪斜等,其結果是造成軸承游隙固定在某一個方向,運轉起來一邊費勁,一邊輕松,在軸向產生較為強烈的振動,進行振動檢測,峰值不穩定,有時大有時小,軸承響聲不均勻。
1.4 松動引起的振動
設備的振動與緊固件的松動密切相關,地腳螺栓松動時,對振動的阻尼作用降低,設備出現顛簸,振動參數處于不穩定狀態,設備內部緊固件或部件的松動,多伴隨有較為異常的響聲。若松動引起不平衡,水平方向振動參數增大明顯,若松動引起定位失效,發生在軸向, 則軸向振動大,發生在徑向,則水平、垂直方向振動增大,若松動引起了干涉,會發生明顯的撞擊聲,振動參數的增大表現在干涉方向。干涉的危害很大,不但引起振動,還會造成設備的撞擊,使運轉惡化,甚至引起機毀人亡的惡性事故,必須及時處理。常見的軸承座的松動,振動特征表現在垂直方向。
1.5 生產系統不穩定引起設備振動
在水泥行業,生產系統不穩也是設備振動的原因之一。立磨在料床不穩時會產生振動, 振動的方向反映在機架上以垂直為主,水平方向次之,振動的大小取決于料床不穩的的程度;預熱器系統的塌料,會造成高溫風機葉輪的暫時不平衡,引起水平方向的劇烈振動,垂直方向次之,嚴重時還會蹩停電機,造成事故;回轉窯結蛋時,會對基礎造成低頻顛簸,窯皮的不均勻垮落會使筒體溫度在環向有高有低,進而促使筒體彎曲,影響到傳動便產生振動,轉到凸出的地方時,齒輪咬根,發出沉悶的根切響聲,振動表現在水平方向較大,轉到凹進去的地方時,齒輪重疊系數降低,發出響亮的敲擊聲,振動表現在垂直方向較大,但因為回轉窯轉速較慢,振動頻率較低,所以不易測出,但震感強烈。
1.6    干涉引起的振動
運轉部件的干涉發生在運轉部件與運轉部件之間,也可以發生在運轉部件與靜止部件之間。如減速機、羅茨風機內部有多個運轉部件,一旦內部部件定位失效,運轉間隙發生變化, 運轉部件之間就會發生碰撞或摩擦干涉,由此產生的振動不可避免,振動的方向與沖擊的方向相同。運轉部件與靜止部件之間,當固有運動空間發生變化,超出了極限范圍時,就會引起部件的干涉,使設備產生振動,如窯頭窯尾的彎曲,會掛壞窯門罩和窯尾煙室,產生振動;管磨的端蓋螺栓退出會碰到基礎,產生振動等等。
2.0 設備振動的處理
了解了各設種振動的表現特征,就可以根據經驗并借助儀器,初步或較為準確地判斷出振動的原因和產生振動的部位,針對設備的結構特點,制定維修方案,進行處理。
2.1 設備支撐方面引起的振動處理
在運行中,發現設備晃動或振動,應檢查設備地腳螺栓是否松動,若有松動,必須進行緊固。緊固中若出現緊不緊的情況,則有可能是地腳螺栓斷裂或則被拔出,必須對地腳螺栓進行再生根處理;若發現二次灌漿層裂開,墊鐵松動,應先將墊鐵打緊,再進行緊固,打緊過程須認真觀察,避免打過造成機座產生較大變形;緊固中若發現有較硬的沖擊出現,且伴隨著緊固,振動加劇,應松開該螺栓,逐步緊固其它螺栓,其它螺栓緊固完畢,再緊固該螺栓,緊固前先將機座與設備之間的間隙用鐵皮塞實,如在電機的四角緊固中,當螺栓對機座產生壓力時停止緊固,用塞尺對電機四角與機座之間的間隙檢查,有間隙的必須先墊實,然后緊固,否則,電機在運行中不但產生振動,發出難聽的磁場聲,還會出現斷角事故。例如我廠的煤磨收塵風機電機,在對電機和風機聯軸器找正后,緊固電機地腳螺栓,并穿上銷子, 盤車時發現阻力不均,輕重不一,開機時軸向振動較大,停機檢查聯軸器對中情況,偏差較大,經松開電機地腳螺栓檢查發現,電機一腳與機座接觸不實,后按以上方法處理后,試機運行正常,這是由于電機四角與機座接觸部位不符實所致,一旦地腳緊固,便造成電機殼體變形,失去了原來的找正精度,若強制對中,電機氣隙便會發生變化,運行時會發出較難聽不正常響聲。
對于支撐設備回轉體的軸承,若出現如前 1、1 所述的響聲和振動特征,可以判斷軸承已經損壞,必須做維修更換處理,處理期間,軸承的預熱要控制在 120 度以內,保證軸承與軸同心,內外套對齊,油脂添加適當,一般情況下,高轉數的加油量應控制在油腔的三分之一到二分之一,但不能低于滾動體的下限,低轉速的可以加滿。檢修期間,若發現軸與軸承跑圈,必須進行處理,若跑圈不嚴重,可在軸承內套與軸之間填充金屬膠粘結,我廠的小型軸承多采用該方法,效果良好,但采用膠粘時需先測量軸承內套與軸的間隙,再選擇合適的金屬粘結劑;對于外套與軸承座之間的跑圈,可加墊片固持;如果軸或軸承座磨損嚴重,必須進行更換或機加工處理。為了保證設備的精確運行,在此建議高轉速軸承當其游隙達到原始游隙的 2 倍時、一般轉速軸承游隙達到原始游隙的 3 倍時、低轉速軸承游隙達到原始游隙的 5 倍時,在檢修時應當予以更換,我廠基本采用這項原則,既保證設備有效運轉,也不浪費,也因該項內容獲得中國設備管理學會二等創新獎。對于滑動軸承,當瓦與軸的間隙大于原配合間隙的 3 倍時,應通過調節兩瓦口的結合面的高低,即降低瓦口的中心高,縮小間隙,但 180 度或 120 度的如窯磨大瓦不在該建議范圍。
2.2 傳動引起的振動的處理
傳動引起的振動形式較多,齒輪箱內產生的沖擊振動,首先要根據振動的方向、沖擊的響聲,進行一一的分析,判斷產生振動的原因。軸承損壞產生的振動和響聲頻率較高,振動的方向和響聲顯得雜亂,振動參數也不穩定,峰值不均,再者,損壞的軸承一般都有較大的壓潰、破裂響聲,損壞的軸承處振動較大,未損壞的軸承處只能聽到傳過來的響聲,相對較弱。若遇到此類情況,可根據響聲的輕重,振動的大小,判斷軸承損壞的形式,找出損壞的軸承,并進行如前 2、1 所述的方法做更換處理。若齒輪箱內發出的響聲節奏明顯,規律性強,與某級轉速同步,振動峰值穩定并與轉速同步,可以判定某級齒輪可能已經出現了以下故障,如齒面點蝕、斷齒或局部斷裂、齒輪軸彎曲、齒面變形、齒面沾有異物等,若齒輪嚙合鋼音不連續,應屬齒面點蝕,可對點蝕面進行修研,增加潤滑油的粘度維持運轉,待檢修時處理;若沖擊噪聲很大,很難聽到嚙合鋼音,振動強烈,應屬斷齒或局部斷裂,還有就是齒面沾有異物或齒輪軸彎曲嚴重,必須停機做換軸、換齒輪處理,若是輪齒變形或齒面沾有異物,清除異物或進行齒形修正即可;我廠煤磨減速機曾出現過齒輪斷角故障,斷角碎屑又遭到齒輪擠壓,不但造成輪齒齒向變形,還使齒面出現麻坑,引起振動和不均勻嚙合聲, 經齒向研磨和齒面打磨后,再把潤滑油的粘度提高了一個檔次,振動值恢復了正常,噪音也大為降低。
若齒輪箱內沖擊較大轉速不穩,甚至沒有輸出,多屬齒輪與軸之間的鍵松動、鍵被切之類的故障,重新配鍵即可,處理期間須注意,因平鍵靠側面傳遞動力,所以側面配合應當緊密,鉤頭鍵靠摩擦力傳遞動力,所以頂面必須打緊,使軸與孔產生足夠的摩擦力,否則運行不穩,我廠有一臺邊緣傳動的管磨機的小齒輪,就是采用鉤頭鍵與軸聯接,就曾出現過該類故障。開式齒輪傳動的振動特征與齒輪箱基本相同,如大窯的彎曲就與軸的彎曲產生的結果一樣,只是開式齒輪的中心距易于調整,以此可以消除振動,改善齒面接觸精度。另外, 在齒輪傳動的安裝或維修過程中,應使齒面中部接觸,避免兩端齒面接觸過硬,不然齒輪易掛角打齒,開式齒輪在安裝或維修過程中要考慮彌補運轉中大小齒輪中心距的變化,如窯在熱態時,由于輪帶的熱漲而使中心距擴大,使齒輪的嚙合精度下降,造成磨損過快等的不利影響。
皮帶傳動中引起的振動,除了軸承、機架松動影響外,皮帶的松緊對設備的振動影響 較大,特別是在皮帶的松緊與振動密切相關,所以當發現皮帶跳動,檢查若無其他問題時, 可以直接對皮帶進行張緊,消除振動。皮帶的張緊程度以皮帶跳動小于 5mm 或看不到皮帶跳動為準,但不可過緊,否則會造成軸承發熱,當發現運行軸承溫升大于 40 度,說明皮帶緊過了,若小于 40 度,且運行穩定,說明松緊合適。不過皮帶在運行中有不斷延伸的特性, 所以在運行中要常檢查,發現松動及時張緊,否則會影響皮帶正常功能的發揮。
聯軸器是動力與負載聯系的橋梁,它引起的振動主要反映在軸向,所以當檢測到聯軸器兩側的設備產生軸向振動,設備其它部分又正常,一般就可認為是聯軸器對中出了問題,重新對聯軸器找正即可,在此提醒注意,不能靠松緊某個地腳螺栓進行,這樣會造成機座變形, 對主機形成傷害。找正過程,一定要按標準進行,保證兩聯軸器的徑向位移和角位移在標準的允許范圍之內,或在說明書要求的范圍之內,在聯軸器的回裝過程中,還要注意使柱孔與穿銷配合應適中,可松不可緊,以銷子較為輕松穿過柱孔為宜,不然在穿銷過程中,會使兩端設備的軸承滾動體脫離正確的滾道,單邊軸向呈無游隙狀態,運行中產生摩擦而發熱,損害軸承,例如某廠的多級離心水泵,就是沒有注意類似問題,結果造成軸承發熱,最后改變了聯軸器的穿銷方法,在緊固銷子之前,先在聯軸器的軸向間隙內夾了一個厚度適中的鐵塊, 保證在緊固銷子時,兩側軸承不受影響,從而解決了問題。
2.3 不平衡引起振動的處理
設備中的回轉體一般在設計過程中都做過極限轉速的校核,以避免工作轉速與回轉體  的固有頻率的倍數重疊引起共振,為避免不平衡引起的振動,也對回轉體的平衡精度做出要求,所以該文所述的不平衡,是指設備在工作過程中,因遭到不均勻磨損、不均勻沾灰以及軸發生彎曲等情況下而產生的不平衡。此類不平衡產生的振動以水平方向為主,垂直方向次之,振動從高到低,再由低到高比較規律,峰值穩定,處理方法如下,停機檢查,若發現回轉體上有沾灰現象,把沾灰清理干凈即可消除振動,;若發現有不均勻磨損或軸彎,需要修 補磨損部位,再做動平衡試驗,根據測出的殘余不平衡量及方位,適當配重即可解決問題。我廠高溫風機在一段時間內,多次出現水平方向的振動,經檢查為葉片上存在不均勻粘灰, 一清就好,開機時間不長又粘灰振動,后調整了配料方案,減少了鐵的含量,才解決了粘灰問題,消除了粘灰振動。另外若在盤車時,發現回轉體停止的部位總在一個固定的位置,說明不平衡較大,必須做不平衡試驗進行校正;再者,若發現水平真振動值超過允許值的兩倍或兩倍以上,也必須進行再平衡校驗;剞D體在安裝或維修回裝過程中,要考慮設備的運行工況,如高溫風機、循環風機、余風風機、管磨機等設備,工作溫度很高,會產生熱脹冷縮, 所以必須給自由端的軸承留有足夠的伸縮串動空間,同時保證軸承與軸承座接觸面相對光  滑,避免因熱漲軸承串動時阻力過大,內外套錯位,滾動體脫離正確滾道,形成偏載,使軸承發熱而遭到損壞,此類故障若不能及時發現,會造成軸與軸承跑圈,損壞軸承,使軸遭到磨損,磨損較多時,葉輪的回轉中心不穩定,產生如同不平衡一樣的水平振動,不同的是, 軸承軸承運行響聲消失,振動峰值不穩定;如果振動產生在軸向,說明軸承座剛度不足、軸承外套與軸承座配合間隙過大,在外力作用下軸承座、軸承內外套出現了歪斜,影響了聯軸器的對中精度,此類故障表現為軸向振動峰值不穩,軸承失去正常響聲,溫度偏高,應對軸承與軸承座的配合精度、軸承座的剛度進行處理。我廠的高溫風機曾出現過類似問題,就是自由端軸承座內孔地面出現了壓痕,由于軸不能自由伸長,導致軸承發熱,一度造成固定端軸承發熱,產生軸承內圈與軸相對轉動,把軸磨細,使軸承失去了定心作用,從而產生水平方向的振動,表現的形式為有時振動,有時不振動,振動往往在負荷調整后,也聽不到軸承滾動體的轉動響聲,多次做平衡校驗,也未能消除振動,后經打磨軸承座,才解決了問題。不過回轉體的零部件及配重塊的松動脫落,也會使設備產生不平衡振動,表現為振動不穩定, 伴隨有松動磕碰聲,如齒輪箱中零部件的松動、風機葉輪上掛有異物等,此類響聲在開停機過程中表現更為突出,處理方法是對零部件復位緊固、去掉異物。
2.4 松動引起振動的處理
松動引起的振動因松動部位的不同,表現特征不同,以垂直方向為特征的振動,一般是固定螺栓拉長、退扣等原因引起,適當緊固即可,如軸承座的合口螺栓松動,還有單機設備的地腳螺栓松動等,緊固一下就可以了,若發現軸承游隙增大較多,可以對軸承做更換處理;以軸向振動為特征的振動,多屬地腳螺栓松動引起的相互聯系的設備對中超差所致,應當停機找正并對松動部位緊固,如聯軸器等;還有以水平方向為特征的振動,它是松動后引起了回轉體的不平衡,應照原位恢復緊固松動部件,若恢復困難,要在緊固后進行動平衡試驗,消除不平衡量,特別是回轉體的配重塊;還有齒輪的徑向力產生的水平振動,這可根據前述齒輪傳動引起振動的特征,一一分析,查出原因,并按前述方法進行處理,如邊緣傳動的管磨機小齒輪地腳就會出現類似情況。
2.5 生產系統造成設備振動的處理
生產系統故障能使設備產生劇烈振動,在水泥行業以高溫風機和立磨比較典型。當系統塌料時,往往引起高溫風機的水平振動,其處理方法就是要穩定系統,使風料比適中,防止氣料在非分離區內分離沉積導致在一定條件下時塌料,其二是消除死角,使物料無處沉積, 實現分散排出;此類事故在水泥行業不乏其例,我廠在相當一段時間內就經常出現類似故障, 并使系統跳停,影響生產,按以上方法處理后才得到緩解。立磨的振動反映在料床不穩的時候最多,所以操作時可以通過穩定來料、穩定粒度、物料增濕、清除堅硬異物、實時調節磨內壓差等措施穩定料床,減小振動,通過調節輥壓、調節儲能器壓力等措施緩解振動;我廠曾出現過因通風不足,引起磨內被帶起的物料突然塌下,造成料床不穩而振動,還發現砂巖中含有較多鐵塊而振動;剞D窯因筒溫不均彎曲后,易掛窯頭窯尾、使大小齒輪產生振動, 其根本辦法就是穩定系統,補掛脫落的窯皮,促使筒溫在環向基本一致,盡快使窯伸直。
2.6 相互干涉產生振動的處理
相互干涉引起的振動,有的在設備內部,有的在設備外部,有的在運轉部件之間,有的在運轉部件與靜止部件之間。設備內部運轉部件多的,若相互定位失效,運轉空間就會發生變化,會造成碰撞干涉,引起振動,如羅茨風機轉子、減速箱的齒輪等,因定位失效會出現擦殼、轉子碰撞現象,應及時對其修理,對錯位部件進行復位;對于機殼和零部件變形引起的干涉,應及時去除干涉部位,例如風機進風口與葉輪的摩擦時,應當修理進風口,消除其對葉輪的干涉。無殼體設備或部件與相鄰物件的干涉,如管磨機的端蓋螺栓松動退出,會干涉基礎而振動,聯軸器的銷子退出會碰撞軸承座產生振動等,應及時對螺栓、銷子復位,使其運行在允許的空間內。
3.0 結束語
設備的振動危害極大,不宜超過允許值的 1.5 倍,超過 2 倍必須處理,否則若控制不好,就會造成惡性事故,要慎重對待。對于的振動來說,當前的分析方法和測試的手段已經相當先進,但在水泥行業尚未普及,望該文能對設備管理者起到拋磚引玉的作用;同時提醒讀者,設備的振動識別與處理,是一項比較復雜的工作,需要一定的綜合分析與判斷能力, 還要了解設備零部件的受力方向,以及經驗的積累,遇到問題應冷靜分析,找出癥結,方可處理;再者由于筆者水平有限,閱歷不深,文中不足之處,敬請批評指正。
(來源:智慧水泥)
發布時間:2021-03-08
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