离心式通风机轴承损坏的原因分析及对策

作者：董炳戌 刘 娟
（兰州交通大学）

　　摘　要：对E式传动离心通风机轴承损坏过快的问题进行了较深入的力学理论分析，得出是由于机架变形所致，应在设计和生产中加以改进的结论。并运用这一结论在实践中探索出简便的检查分析方法和简单实用的技术改进措施。
　　关键词：离心式通风机；轴承；有效分析
　　1　风机轴承加速损坏的现象
　　1.1风机构造及轴承的特点
　　某厂车间主空调通风机是T4-72型，该风机性能：风量123000m³/h 、压力850Pa、转速740r/min 、电动机功率55kW，是双吸入离心通风机，E式传动结构；风机转子的轴承座在风机壳体侧的钢架上。轴承型号为111662型，是双向心球轴承，为自动调心型。它可以调整径向缝隙和轴向缝隙，属中宽型轴承，配用GZ2－110型轴承座。对于该风机转子的静负荷和动负荷及使用温度来说，轴承均有较大的安全系数，在正常工况下和正常的维修下，其使用寿命应在8000h以上，可以满足该空调系统全年运行的要求。
　　1.2风机轴承损坏的情况
　　该厂对此风机执行了正常的大、中、小维修计划，并全年连续运行，自投产后一直正常。但在运行几年后某个时刻起，该轴承使用寿命逐渐缩短，起初由半年变为3个月至1个月，Z后仅为一周左右便损坏。轴承损坏的标志：即外套或内套滚道出现磨损凹面，一个或数个滚珠球面出现磨损凹面，俗称“暴皮”，运行中发出异常的响声
　　2　风机轴承加速损坏的原因分析
　　2.1首先检查风机转子和轴承
　　(1)风机转子无问题，风机转子的静、动平衡并未失调，这可以从试转的振动来检查判定。叶轮轴的水平度用方框水平仪检测也未见异常。
　　(2) 新轴承质量完好；锥套与风机轴、轴承内套配合正确；轴承清洗干净，无任何杂物；润滑脂质量及注入量符合标准。
　　以上各项未发现问题，然后进一步检查轴承座支架，此项检查在现场是难以进行的，但可按以下理论分析及检查方法进行。
　　2.2轴承受力的定性分析　
　　2.2.1静负荷下轴承受力
　　轴承在风机转子的静负荷下其受力情况符合图1实线所示的规律：

　　1点受力Z大，2点和3点依次减少，至4点受力为零。正常安装的轴承应符合上面分析的受力情况。
　　2.2.2动负荷下的轴承受力
　　图1虚线所示，为风机转子顺时针方向转动时轴承的受力情况。转子转动时，轴承滚珠及内套也随之滚动与转动，均匀承受着Z大的负荷。但在风机转动情况下，无法检查轴承受力情况，故在此不多予以分析，而轴承在静负荷下的受力情况可在现场拆下轴承座盖进行检查。
　　3　现场轴承实际受力情况的检查结果
　　在静负荷作用下，拆下轴承座盖，检查轴承滚珠的受力情况，检查方法：依次用手指拨动轴承的滚珠，发现以下受力情况（见图2）。

　　滚珠1转动轻松，不受力。滚珠2 、5可以转动，但费力。滚珠3 、4 不能转动，受力Z大（图中左右面相对称，只画出左面情况）。那么，轴承内套、外套受力情况也同于上述情况。因为点3 、点4受力大小不能直接检测（条件所限），按受力检查分析，应大体是图中所示情况。
　　检查结果与正常情况下的受力截然不同：受力应Z大处却不受力，而受力应为零处（或Z小处）却承受很大的力，即静负荷下轴承受力不正常。此情况的出现，只能说明轴承外套与内套的间隙在此静负荷下出现了异常现象，即轴承外套发生了弹性变形。
　　在这种情况下风机转动时，轴承受的动负荷将变得更大和不均匀。受力负荷过大点即外套和内套滚道的易磨损点，滚珠在此点也承受过大的负荷。当金属表层负荷超过其抗压强度极限时，由于压缩、弹伸和摩擦作用，会引起裂纹，并会很快向深、广方向扩展，产生表面脱落，即发生“疲劳脱落”，或俗称磨损“暴皮”，不论轴承内、外套滚道还是滚珠，只要出现一点的磨损，则磨损的程度便会加速扩大，致使轴承很快报废。
　　4　分析产生不正常受力现象的原因
　　4.1轴承座（下座）发生了变形
　　在静负荷作用下出现的不正常受力情况，亦即轴承外套发生变形的现象，应是支撑风机转子轴承的轴承座（下座）产生变形引起的。
　　该轴承座是标准部件，在工作范围内其变形如图3虚线所示，轴承外套与轴承下座半圆槽均匀紧密接触，外套与内套间隙正常，其受力情况也会正常。若轴承座在静负荷下其形态发生了变形，如图3实线所示，半圆槽的竖向半径变长，水平半径变短。轴承在向下的静负荷和轴承座向上的支持力的作用下，其外套也会产生相应的变形，便出现了不正常的受力情况。

　　因为轴承拆下之后，检查内、外套间隙正常，故称其外套的变形为弹性变形。因此，静负荷下轴承座的变形是轴承发生不正常受力情况造成的。
　　4.2轴承座产生变形的原因
　　轴承座安装在风机壳体两侧的机架上，由机架支撑。在工作负荷作用下，机架应有足够的刚度，它在转子静负荷及动负荷作用下，产生的挠度及振动值应在允许的范围内，在机架的支撑下，轴承座不会产生影响正常工作的变形。Z直观的表现则为轴承受力应符合前面表述的正常受力状况。
　　而轴承座发生了不应有的变形，则是由于支持它的机架刚度不足，在转子静负荷下，机架产生了微小的但却超过允许值的形变而引起的。只有恢复机架的足够刚度，使机架在转子静负荷作用下保持应有的水平度，则可恢复轴承座的正常受力状况和形状，保持并维持轴承正常的受力状况。
　　4.3风机轴承机架发生变形的原因
　　机架在正常使用几年后发生上述现象，主要是机架长期在风机转子动负荷的作用下，出现了“疲劳”现象，机架的刚度开始减弱，在静、动负荷作用下形变挠度增加。分析其产生的原因，可能有以下几种：
　　(1)设计机架时，其负载的安全系数偏小；
　　(2)机架所用钢材不符合设计要求的钢材标准：
　　(3)机架制作和焊接不符合设计要求。
　　5　现场解决问题的技术措施
　　按上述理论分析，采取了下述技术措施处理（见图4）。

　　（1）在无转子负荷作用时，加固机架：在转子轴的垂直中心线位置，在中间横架与下横架之间加竖直支撑。
　　（2）在转子轴的垂直中心线位置，在上机架与中间机架安装可调整高度的活动支撑。
　　活动支撑由上、下螺栓及调整螺母组成，上螺杆为左旋螺纹，下螺杆为右旋螺纹（M24细牙普通螺纹），焊接在上、中机架上，调整螺母为对丝螺母（非标准件），旋转它可以调整螺杆的长度。
　　在轴承安装就位，未装轴承上座时进行调整检查。在风机转子静负荷作用下，慢慢旋转调整螺母的同时，随即检查轴承滚珠受力情况，直调到轴承受力情况与前面所述的正常受力情况一致为止，把上、下锁紧螺母锁定，即调整完毕。
　　（3）处理效果
　　采取上述技术措施后，经实际运行，效果良好。此办法解决了轴承加速损坏的疑难问题。
　　轴承正常使用的时间与调整的Z后结果，即轴承受力是否符合轴承正常受力状况有关。因在现场调整、检测全凭操作者的技术经验，因而结果便会有差异；不过，轴承Z短的使用寿命应在半年以上，长者可超过一年。
　　6　结论
　　（1）对轴承受力分析以及由此而进行的E式传动风机轴承加速损坏原因的分析是正确的，解决问题的技术措施简单易行，效果明显。
　　（2）因为是在使用现场，风机壳体与转子配合的几何尺寸又相当重要，所以不便采取较大的加固机架的技术措施（如重新制作机架），故采取上述方法是适宜的，虽是“权宜之计”，但却相当有效。若处理得当，便可使风机正常运行，从而保证了车间空调系统的正常运行。
　　（3）当然，解决此类问题的根本措施是加强或改进风机机架设计和制造的刚度。
　　参考文献
　　[1] 刘泽深，郑贵臣，陈保青. 机械基础. 中国建筑工业出版社，1996.

来源：《风机技术》