通過數據分析及試驗，對我司磨煤機、一次風機高壓電機軸承頻繁出現潤滑不良及高頻異音的問題進行了探索，結論如下：

一、 存在的問題：

自2014年監測開始，發現各磨煤機、一次風機電機驅動端軸承加速度值絕對值高、波動頻繁、聽診有高頻嘯叫，補脂后消失，補脂幾小時或數天后即恢復至原始高水平：

    頻譜中主要為4000~6000Hz寬帶高頻隨機能量：

對Peakvue波形做自相關，無周期性成分存在：

以上信號均為軸承潤滑不良（與缺油不等價）的典型表現。

大部分電機特別是低壓電機在補脂或置換潤滑脂后即恢復至正常值，如2C漿液循環泵：

換脂后連續2個多月的監測，加速度值均保持在3.5gs以下的優良水平：

抽取1B磨煤機和2B一次風機做潤滑脂置換測試，置換后，加速度立即降至優良值，幾小時后恢復原狀: 

高頻成分的來源：

從以上頻譜中我們可以看到有兩種典型頻譜，磨煤機上的高頻隨機能量，以及一次風機的高頻隨機能量夾雜周期性成分。

1） 為了避免環境隨機噪音干擾，采集數據時設置5次平均，故可排除噪聲影響。

2） 該電機轉子條通過頻率為87倍頻，可以排除，且在振動理論里，電機不會產生其他高頻振動。

3） 軸承潤滑不良時，運動面直接接觸，會激起軸承部件共振，一般在1k-20Khz范圍，隨機噪聲的形態符合經典軸承噪音理論。

4） 高頻隨機能量夾雜周期性成分，其間隔為NU232軸承的外圈故障頻率，計算其為BPFO的高次諧波，來源于外圈故障的沖擊激起了軸承某部件的固有頻率，表明外圈有初期分布性損傷。

即這些電機存在兩個問題：1、潤滑不良。2、滾道初期缺陷。兩者是一類問題，前者是后者的早期表現。

問題規律：

全部出現在高壓電機、驅動端、脂潤滑、NU型圓柱滾子軸承。

主要有：10臺磨煤機電機、4臺一次風機電機、1A漿液循環泵電機

（送風機、閉式水泵、其它漿液循環泵表現不明顯，凝泵、循泵電機為立式不在討論范圍，引風機、給水泵為滑動軸承。）

二、 原因分析：

那么，這些問題是如何造成的呢？

1、 軸承最小載荷的概念：

通常的觀念里，我們會認為，同樣的設備，選用的軸承越大，壽命越長、可靠性越高。一般來說沒錯，但這只是對其疲勞壽命而言（軸承壽命按疲勞壽命計算）。然而軸承的失效形式不止疲勞這一種，當軸承負載小于其要求的最小載荷時，由于無法形成有效承載區，滾動體組件將不會按照理論轉速運動，產生打滑：

嚴謹的電機廠在空載試運時，會刻意對

電機加載額外的徑向力，避免軸承輕載擦傷

2、 軸承打滑的概念：

1）一般情況下，由于轉子重力是主要徑向力，軸承的承載區位于下方120°范圍。

因軸承有游隙（工作游隙，有預緊的除外），滾子在承載區由于內圈的驅動，可以達到理論運動速度，此處滾動體推動保持架旋轉；但當滾動體離開承載區進入非承載區，由于與內圈的摩擦力降低，其轉速降低，此處滾動體由保持架推動前進；然后經過非承載區再進入承載區，滾動體載荷足夠大時，轉速快速增加到理論值，由于轉速變化快，時常會發生打滑，滾子和內外圈滾道之間產生滑動摩擦造成損傷。這是第一種打滑類型：滾子打滑，注意與軸承載荷大小沒有必然關系，是無預載滾動軸承的固有特性：

2）當滾動軸承不能滿足最小載荷需求的時候，無法形成上圖中的承載區，由于滾子缺少驅動力，無法產生純滾動而是連滾帶滑，無法推動保持架按理論轉速轉動，保持架與滾子、滾子與滾道之間將會產生摩擦。特別是在轉速波動的時候。這是第二種打滑類型：滾動體組件打滑，是因軸承未達到最小載荷要求時產生的，其危害也更大。

打滑的后果是運動面拉傷、光潔度降低。嚴重的會造成保持架磨損、滾動體碎裂：

 

3、軸承潤滑的概念：

正常情況下，滾動軸承的滾動體與內外圈滾道之間，有一層不大于1微米的潤滑油膜隔離，這樣的軸承運轉輕快、振動及噪音極低。

當滾動體或滾道拉傷后，由于粗糙度提高，兩個運動表面之間互相接觸，從而產生高頻振動和噪音。

4、電機軸承選用計算

以我司一次風機電機為例，驅動端NU232ECM，非驅動端6330M/C3。整機重量8.46噸，轉子重量無記錄，一般為整機重量的35%即2.96噸。軸承徑向力包含質量不平衡力、重力、不平衡電磁力等，按舍弗勒公司估算程序，徑向力一般按轉子重量的1.5倍計。則徑向載荷為：

Fr=0.35×8.46×1.5×9.8÷2=21.76kN

用SKF官網程序計算，該工作條件下其L10壽命可達64.7萬小時，而根據設計慣例，24小時連續運轉的重要電機軸承壽命要求是10萬小時。因此該軸承選用是嚴重保守的。同樣的工作環境，非驅端軸承選用的是6330M/C3軸承，其L10壽命只有227000。

根據SKF官網最小載荷計算程序，該軸承的最小載荷要求Frm=6.44kN，而計算出的徑向載荷Fr=21.76kN，應完全滿足要求。

但上述計算未考慮以下因素:

1）徑向負載是估算出的可能最大負載（不考慮從動機），如果轉子平衡良好、氣隙均勻，那么徑向力則主要是轉子重力。

2）電機與風機通過聯軸器聯接后，高精度的找中，可能會將電機驅動端軸承的負載轉移至風機驅動端軸承，使電機驅動端軸承負載降低甚至消失，這個因素在SKF軸承選用手冊上有明確提及：

3）變頻器驅動的電機，頻繁的轉速波動產生的加速度，增加了打滑的幾率。

5、歷史檢修記錄：

在過去幾年的檢修中，曾因加速度超標問題，對一次風機做過解體檢查：

1A一次風機電機驅動端軸承（滾子打滑-2017）

2B一次風機電機驅動端軸承（滾子打滑-2017）

2A一次風機電機驅動端軸承（保持架與外圈摩擦嚴重卷邊--2017）

2A一次風機電機驅動端軸承（滾道擦傷痕跡--2017）

解體檢查情況與振動數據一致性較好。

結論：滾動軸承在無預負載或低于最小負載要求的條件下工作，滾子組件打滑，滾子與滾道、保持架摩擦，使運動面粗糙度提高、保持架兜孔磨損，從而金屬與金屬之間互相接觸、由全油膜潤滑變為邊界潤滑。由于軸承運動部件之間的碰擦，激起軸承部件的固有頻率，因固有頻率和支撐剛度相關，不同的接觸位置，微觀支撐剛度不同，故在2000-5000hz附近會產生一系列密集的峰值，呈現出潤滑不良的特征。當運動面由于碰擦、磨損產生明顯的損傷后，會在這些波峰中出現軸承外圈故障頻率的多階高次諧波成分。

 

三、 解決方案：

滾動軸承滾子打滑問題，并不僅僅出現在高壓電機驅動端圓柱滾子軸承，只不過在其上表現比較突出，其它經常出現的場合是高速航空發動機、齒輪箱。因此，業界已有長時間深入的研究，主要采用的方法有：

1、選擇合適的軸承：

要求電機廠重新核算，根據設備的工作條件，選用最小載荷需求更小且滿足疲勞壽命要求的軸承，打滑主要出現在圓柱滾子軸承，是因其無法加預載。深溝球軸承可以方便的通過波紋片加預載避免這個問題，即使沒有波紋片，由于磁力線軸向位置偏差，深溝球軸承也會承受一個軸向負載，整周都是承載區，故深溝球軸承極少出現打滑的問題。

2、換用空心滾子軸承：

空心滾子軸承是在軸承整周每120°布置一個空心滾子，空心滾子與內外圈之間無游隙有過盈，在輕載時，空心滾子的過盈量使軸承滿足最小載荷要求；重載時，空心滾子 彈性變形，由實心滾子主要承受載荷。以下為舍弗勒對同型號實心滾子軸承（改進前）和空心滾子軸承（改進后）打滑性能的測試數據，可見在改進前，其最小載荷為26.4kN，改進后，其在遠低于26.4kN的2.5kN的負載下仍然保持極低的打滑率：

3、換用有碳涂層的耐磨軸承，SKF、舍弗勒均有該類產品，是針對軸承打滑損傷的解決方案，它并不能避免打滑問題，因其滾子和滾道有高硬度、低摩擦系數的涂層，打滑時可減輕損傷，自然壽命會提高。

四、 結論及建議：

1、部分高壓電機驅動端軸承異音及加速度超標，是因軸承滾動體組件打滑使運動面損傷所致，潤滑并不能從根本上解決問題。

2、若要徹底解決，請在上述方案中選擇。

3、從失效概率上看，14臺電機運行9年只有1個軸承因打滑失效。其失效概率較低。處理的急迫性不高。

4、對上述電機，應加強日常點檢。

骨哥

2017年9月17日

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在風電中也有個別風場的發電機軸承加速度有效值嚴重超標的情況，多臺運行在三五十（VDI3834的報警限制是10和16 m/s2），頻譜圖如下，主要是3000hz左右的隨機寬帶能量，判斷是軸承質量不過關或者軸承選型不合適導致的潤滑不良，加潤滑脂無法解決問題。

機組在這種情況下可以長期監視運行，考慮風電的維修難度，調整了這種特征機組的報警值，不過象下面這臺還是會報嚴重故障，有效值達213 m/s2 。

文章來源：mirook聊振動