空气压缩机电机轴承失效分析
2009-12-21陈明华，杨舸
（油建装备技术服务公司）
（油建装备技术服务公司）
摘 要：本文通过对空压机电机轴承的失效分析，进一步讨论离线监测系统的局限性，及相应的解决对策。
关键词：轴承失效分析；振动；离线监测系统；局限性；解决对策
中图分类号：TH 133.33 文献标识码：B
离线监测系统是国内在状态监测系统中针对普通旋转设备应用Z普遍Z成熟的技术。它在通常的设备故障诊断中能较为准确的判断设备运行状态、故障类型以及严重程度，但对于某些设备故障的监测与诊断，离线监测却显得不能胜任。
在此笔者结合实际工作中遇到的空压机电机轴承突然失效的案例，及针对该案例的分析来讨论设备故障。
一、情况介绍
该空压机采用离线监测方式监测。失效轴承为电机驱动端轴承。空压机机组结构见图1。
关键词：轴承失效分析；振动；离线监测系统；局限性；解决对策
中图分类号：TH 133.33 文献标识码：B
离线监测系统是国内在状态监测系统中针对普通旋转设备应用Z普遍Z成熟的技术。它在通常的设备故障诊断中能较为准确的判断设备运行状态、故障类型以及严重程度，但对于某些设备故障的监测与诊断，离线监测却显得不能胜任。
在此笔者结合实际工作中遇到的空压机电机轴承突然失效的案例，及针对该案例的分析来讨论设备故障。
一、情况介绍
该空压机采用离线监测方式监测。失效轴承为电机驱动端轴承。空压机机组结构见图1。
电机转速2960r/min (49.35Hz)；功率45kW；驱动端轴承型号NU312；非驱动端轴承型号6214ZC3；轴承润滑方式为润滑脂润滑。
空压机轴承失效前设备振动测试Z近的日期为2005年10月11日。空压机轴承失效日期为2005年10月23日。失效过程：操作人员巡检时未发现设备运行异常，但半小时后报警系统显示空压机异常停机，操作人员至现场发现电机驱动端轴承已抱轴。
该轴承于10月26日更新，10月30日对该压缩机进行了再次振动监测。
在10月11日的时域波形图中未见轴承因部件缺陷而引起的冲击峰值，且时域波形图中的Z高峰值小于10月30日时域波形图中的Z高峰值。通过以上对比分析可知10月11日该轴承从振动数据来看仍然处于正常运行状态。
二、轴承失效后的各部件反映的信息
轴承保持架隔离各滚子的横筋大部分已掉落，它被挤压程度不一。轴承内圈滚道一半有明显的凹痕，凹痕之间距离很近，另一半则没有。大部分滚子上都有受压变形的痕迹，但变形痕迹大小不一，将两个滚子分别放在临近的两个凹痕上，两个滚子则挤在一起没有间距，在轴承的内圈与外圈滚道未见轴承使用过程中的常见缺陷，如：磨损痕迹、疲劳剥落痕迹。
三、轴承失效过程分析
综合振动分析及轴承各部件反映的信息判断：轴承保持架在设备运转过程中不是受力部件；但当设备运行工况变化，或频繁加卸载时，存在缺陷的轴承保持架会在附加载荷的反复作用下，缺陷逐步扩展，使保持架横筋断裂，造成部分滚子相互挤压，并将临近的横筋挤断，轴承温度急剧升高，Z终导致轴承失效。
四、结论
1．10月11日该轴承从振动数据来看仍然处于正常运行状态。
2．轴承保持架横筋存在局部裂纹缺陷。
3．变化的工况使轴承保持架承受额外附加载荷而失效，导致轴承Z终失效。
五、思考与讨论
通过对空压机轴承失效的分析，可以看到离线监测系统对设备状态进行评估的不足，具体表现在以下两类设备上。
1．设备故障初期因程度轻，从振动上不能表现出来，只有发展到较为严重时，才会表现出来。如：轴裂纹、滚动轴承保持架疲劳断裂等。频繁启动或J频繁加卸载和启动扭矩大的设备易出现这类设备故障。
2．因工艺条件变化或误操作而产生的设备振动，如：气蚀、抽空、喘振、容积类设备出口憋压等。传送介质温度、压力变化大，气液混相和含杂质的设备易出现这类设备故障。
以上这两类设备故障发生时，都有温度上升和振动上升的表现。一般来讲类设备故障首先表现在温度方面，当设备故障发展到中后期时才会在振动方面明显表现；第二类设备故障由于不是由设备本身原因产生，因而当出现设备故障时通常直接表现在振动方面，但Z终会导致设备本身的故障，如：轴承故障、油封磨损、机封泄漏、转子扫膛。
针对解决这两类设备故障，可采取以下措施来弥补离线监测系统的不足。
1．对于易发生类故障的设备应加装温度传感器，并设置温度报警；当温度报警时，应及时进行现场测试分析。
2．对于易发生第二类故障的设备应加装振动传感器，并设置振动报警；当振动报警时，应及时进行现场测试分析。
空压机轴承失效前设备振动测试Z近的日期为2005年10月11日。空压机轴承失效日期为2005年10月23日。失效过程：操作人员巡检时未发现设备运行异常，但半小时后报警系统显示空压机异常停机，操作人员至现场发现电机驱动端轴承已抱轴。
该轴承于10月26日更新，10月30日对该压缩机进行了再次振动监测。
在10月11日的时域波形图中未见轴承因部件缺陷而引起的冲击峰值，且时域波形图中的Z高峰值小于10月30日时域波形图中的Z高峰值。通过以上对比分析可知10月11日该轴承从振动数据来看仍然处于正常运行状态。
二、轴承失效后的各部件反映的信息
轴承保持架隔离各滚子的横筋大部分已掉落，它被挤压程度不一。轴承内圈滚道一半有明显的凹痕，凹痕之间距离很近，另一半则没有。大部分滚子上都有受压变形的痕迹，但变形痕迹大小不一，将两个滚子分别放在临近的两个凹痕上，两个滚子则挤在一起没有间距，在轴承的内圈与外圈滚道未见轴承使用过程中的常见缺陷，如：磨损痕迹、疲劳剥落痕迹。
三、轴承失效过程分析
综合振动分析及轴承各部件反映的信息判断：轴承保持架在设备运转过程中不是受力部件；但当设备运行工况变化，或频繁加卸载时，存在缺陷的轴承保持架会在附加载荷的反复作用下，缺陷逐步扩展，使保持架横筋断裂，造成部分滚子相互挤压，并将临近的横筋挤断，轴承温度急剧升高，Z终导致轴承失效。
四、结论
1．10月11日该轴承从振动数据来看仍然处于正常运行状态。
2．轴承保持架横筋存在局部裂纹缺陷。
3．变化的工况使轴承保持架承受额外附加载荷而失效，导致轴承Z终失效。
五、思考与讨论
通过对空压机轴承失效的分析，可以看到离线监测系统对设备状态进行评估的不足，具体表现在以下两类设备上。
1．设备故障初期因程度轻，从振动上不能表现出来，只有发展到较为严重时，才会表现出来。如：轴裂纹、滚动轴承保持架疲劳断裂等。频繁启动或J频繁加卸载和启动扭矩大的设备易出现这类设备故障。
2．因工艺条件变化或误操作而产生的设备振动，如：气蚀、抽空、喘振、容积类设备出口憋压等。传送介质温度、压力变化大，气液混相和含杂质的设备易出现这类设备故障。
以上这两类设备故障发生时，都有温度上升和振动上升的表现。一般来讲类设备故障首先表现在温度方面，当设备故障发展到中后期时才会在振动方面明显表现；第二类设备故障由于不是由设备本身原因产生，因而当出现设备故障时通常直接表现在振动方面，但Z终会导致设备本身的故障，如：轴承故障、油封磨损、机封泄漏、转子扫膛。
针对解决这两类设备故障，可采取以下措施来弥补离线监测系统的不足。
1．对于易发生类故障的设备应加装温度传感器，并设置温度报警；当温度报警时，应及时进行现场测试分析。
2．对于易发生第二类故障的设备应加装振动传感器，并设置振动报警；当振动报警时，应及时进行现场测试分析。
