水泥厂离心通风机滚动轴承发热原因浅析

王艳丽刘明红

1.建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.湖南辰溪华中水泥有限公司，湖南 辰溪 419500

水泥厂离心通风机滚动轴承发热原因浅析

王艳丽1刘明红2

1.建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.湖南辰溪华中水泥有限公司，湖南 辰溪 419500

离心通风机滚动轴承的选用、安装、使用、维护及维修等过程中都会埋下滚动轴承发热的隐患。离心通风机滚动轴承发热，有时候是一种原因引起的，有时候是多种原因引起的，要综合分析，找准引起发热的主要原因，从根本上消除发热现象。但不要因为轴承温度稍高就进行检查或维修，甚至更换仍可使用的轴承，从而造成轴承的过维修现象，使维修成本增高。

离心通风机 滚动轴承 发热

0 引言

离心通风机在水泥生产中应用非常广泛，因其转速一般不超过3 000 r/min，故经常选用滚动轴承支承。轴承是离心通风机的重要的零部件，也是重要故障源之一。据统计资料表明，在旋转机械的故障中，大约30%是由轴承引起的，而离心通风机的轴承故障的主要形式就是发热及振动。因此，只有熟知离心通风机的滚动轴承的发热原因，才能在离心通风机滚动轴承的选用、安装、使用、维护及维修等过程中做好预防措施，才能消除引起轴承发热的隐患，才能正确处理正在发生的发热故障。本文就对离心通风机滚动轴承的发热原因进行剖析。

1 离心通风机滚动轴承发热原因分析

离心通风机滚动轴承发热主要有轴承选用不当、润滑不良、轴承冷却效果不佳、通风或通水量不足、环境温度太高、装配质量不良、振动大、磨损、轴承本身质量不良等原因。

1.1 滚动轴承的选用不当

（1）选用的轴承额定负荷低，运行中轴承磨损严重，从而引起轴承发热及寿命缩短。

（2）滚动轴承的极限转速与选用的润滑方式不配套，从而在运行中发热、磨损大。

（3）滚动轴承的径向游隙选用不合适，尤其在使用环境温度较高时，过小的原始径向游隙将会使轴承在运行中因温度升高膨胀而间隙变小甚至为零，造成轴承的严重发热，甚至烧损。

滚动轴承的游隙分为径向游隙和轴向游隙。径向游隙又分为原始游隙、安装游隙和工作游隙。游隙的选择要考虑轴承与轴、轴承座的配合，考虑工作温度、载荷引起的原始游隙的变化。合理的轴承游隙的选择，应在原始游隙的基础上，考虑因配合、内外圈温度差以及载荷等因素所引起的游隙变化，以使工作游隙接近于最佳状态。

由于过盈配合和温度的影响，轴承的工作游隙小于原始游隙。当采用较紧配合、内外圈温度差较大、需要降低摩擦力矩及深沟球轴承承受较大轴向载荷或需改善调心性能的场合，宜采用C3、C4、C5组游隙值。对于水泥行业的离心通风机来说，由于转速较快，环境温度较高，故宜选用C3组的径向游隙值。在生产中，不乏由于轴承选用不当而导致风机运行故障的情况。比如某公司一台型号为9-19№7.1D的风机[1]，运行中轴承温度较高，在没有查到问题的情况下，为了维持生产只好更换轴承，仍是温度升高。最后分析认为，造成轴承温度高的原因是轴承选用不当，原用的22316轴承极限转速在用油润滑时为2 600 r/min，低于正常生产时的2 970 r/min。在此工作场合，应选用22316CC/W33轴承，在用油润滑时其极限转速为3 000 r/min，是比较合适的。

1.2 润滑不良

润滑不良包括选用的油品不当或油（脂）变质或缺油（脂），是设备发生故障的主要原因之一。据有关资料介绍，在设备机械故障中，有60%以上是由设备润滑不良造成的，而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的。

（1）润滑油的选用及润滑方式不合理。

宜采用稀油润滑的地方采用了润滑脂来润滑，或者油品选用不当，粘度过低或过高，难以形成油膜，从而使轴承运行中产生的热量无法带走，引起轴承发热。

关于油品的选用，在水泥行业的离心通风机中，一般采用浸油润滑，润滑油宜选用L-HM68 抗磨液压油(高压) （GB11118.1-2011）。对于工作环境温度较高时，则采用带稀油站的强制循环润滑，润滑油也为L-HM68 抗磨液压油(高压)。一些小型风机，也可采用润滑脂润滑，润滑脂可选用极压锂基脂1号 （GB/T7323-2008）。

（2）加油（脂）的量不当。

加油过多或过少，从而因缺油或油过多搅动大，都会引起发热。一般的，对于浸油润滑，油位宜在油标上下红线的中间位置；对于稀油站集中供油，要注意供油压力；对于润滑脂润滑的，填脂量宜为轴承座内腔容积的2/3～1/2。过多或过少都不利于轴承的润滑，会引起发热。

（3）未能按时换油，润滑油变质及润滑油中含有铁屑等杂质，导致润滑状况恶化。

（4）因轴承座漏油等原因造成轴承缺油发热并失效。

据文献［2］介绍，某公司一台Y6-11引风机，转速为1 470 r/min。闲置多年经修复投入运行，在两个月时间里，损坏轴承13套，使用时间最短的仅2 h，最长的只维持了20 d。具体状态为轴承座温升过高，噪声过大，轴承滚动体回火，被碾成椭圆形或枣核形。有的产生塑性变形，滚动体与套圈滚道上出现不均匀的凹坑。润滑脂被融化、泄漏。

在此期间，把轴承由原来的1519换为3519、校核叶轮的动平衡、校正电机与风机轴的同轴度、紧固螺栓等，都未收到良好效果。每次事故发生后，解体轴承座时，轴承室内的润滑脂MoS2所剩无几，大都在温升时融化流失。其主要原因是：润滑剂的热稳定性差，冷却性不好，使轴承在无润滑状态下运转。

为此，把轴承改回到原设计的1519轴承，同时，把原来的润滑脂润滑改为润滑油润滑，润滑油为30号机械油，将原采用的毛毡密封，改为U型耐油橡胶密封圈密封，并重新加工两侧对称盖。最后，把轴承与轴及轴承与轴承孔的配合按规定配制，即轴的公差为Φ95k6，轴承座孔为Φ170J6。经改进后，消除了轴承过热和不正常磨损，改善了轴承的润滑。

1.3 轴承冷却效果不好，通风或通水量不足等

一些离心通风机，由于使用环境温度较高，常采用水冷或风冷方式冷却轴承座，但水量或风量减小、水腔堵塞等，都会破坏其原来的热平衡，从而引起轴承发热。另外，对于稀油站供油的大型风机，当稀油站的油位低、冷却器换热效果差时，会造成供油温度高，也会造成轴承温度升高甚至发热。

1.4 环境温度太高

水泥厂中的高温风机，由于通入大量较高温度的气体，如果周围环境温度较高，再加上工艺操作不当，温度的波动较大，从而影响轴承的温度。

1.5 装配质量不良

（1）联轴器或分体式轴承座的对中没有调整好，对中精度差，初始状态轴承就处于扭曲状态。对于联轴器的找正，要按照机械设备安装工程施工及验收通用规范（GB50231-2009）的要求执行，另外，对于使用时各部分工作温度相差较大的离心通风机，要注意安装与使用状态的轴心位置的变化，以免安装时对中，使用时反而不对中。例如对于使用液力偶合器调速的离心通风机，由于运行时电动机、液力偶合器及风机轴承座的温度不同，同轴度会发生变化，冷态时对中了，热态时却不对中。对此，在安装时，就要预留工作温度高时轴的抬高量，也即安装时，温度最高的液力偶合器轴的位置要最低，电动机轴及风机轴要高一些，具体的高差Δh可按下式计算：

Δh＝αH1（t2－t1）－αH2（t3－t1）

式中：Δh—液力偶合器轴与风机主轴的安装高度差，mm；

α—热膨胀系数，一般可取0.000 012 mm/℃；

H1—液力偶合器轴到基础的高度，mm；

H2—风机轴到基础的高度，mm；

t1—安装时的环境温度，℃；

t2—工作时的液力偶合器壳体的温度，℃；

t3—工作时风机轴承座的温度，℃。

需要注意的是，此式中的液力偶合器或风机的温度指的是轴承座或机壳的温度，而不是轴的温度，因为轴的温度变化体现在轴向方向的热膨胀伸长量上，而轴承座或机壳的温度变化体现在高度方向的热膨胀伸长量上，这一点是有很大区别的。

（2）传动侧半联轴器与电机上半联轴器的间隙值过小，运行中主轴受热膨胀伸长后，其半联轴器顶在电机上的半联轴器上，造成轴承承受较大的轴向力而发热受损。

（3）轴承自由伸展没有得到较好的处理，从而引起轴承发热甚至烧坏，这在水泥厂的高温风机上表现比较突出。本来风叶侧（也称为非传动侧）的轴承应留有轴因受热膨胀伸长而轴向移动的位置，但实际安装中，由于没有注意，使此侧轴承座端盖预留间隙不足或直接顶在轴承外圈上，运行后轴受热膨胀伸长而受阻，造成轴承发热甚至烧坏。

离心通风机的滚动轴承一般采用一端固定、一端自由的安装方法，传动端的轴承是固定的，限制其轴向移动，而自由端轴承是可以移动的，这样，当工作时温度升高，轴热膨胀后可不受阻。为此，安装时，要在轴承座的自由端处，要使轴承端面与轴承座端盖的轴向间隙大于轴的热伸长量，如果此预留的间隙值不足，轴受热膨胀后轴承的端面就会与轴承座端盖顶死，从而引起轴承发热甚至烧坏。

为此，安装时要注意此热伸长量的预留，轴受热膨胀后的伸长量可按下式计算：

式中：ΔL—轴的热伸长量，mm；

α—热膨胀系数，对于45钢可取0.000 012 mm/℃，

对于高温风机的合金钢，可取0.000 013mm/℃；

L—风机轴两轴承座之间的水平距离，mm；

t1—安装时的环境温度，℃；

t2—工作时主轴的温度，℃。

某公司的5 000 t/d生产线的窑头引风机[3]，型号为Y4-73-01№28F，其负荷侧（传动侧）22340轴承多次出现温度超标及振动增大，并造成此侧轴承失效。经观察发现，负荷侧轴承损坏时总是在靠近电动机侧轴承内圈和滚动体发生严重点蚀，这说明风机运行时存在相当大的轴向力。另外，当窑头除尘器出口温度升高到300～400 ℃时，风机轴承座的轴向振幅增长幅度最大，径向振幅没有太大变化。分析认为，该风机正常工况温度为250 ℃，瞬间温度不能超过400 ℃，自由端轴承座止口余量设计值为23.45 mm，但实际余量为6.8 mm，由此可以确定，轴承的损坏是由于自由端轴承座止口余量过小，轴承轴向活动受限引起的。后把止口余量加大到30 mm，以适应持续350 ℃的工况，改后轴承运行状态良好。

（4）轴承座与上盖的紧固螺栓的拧紧力控制不好，造成安装时轴承的径向间隙受到压挤而变小，运行中受热变得更小而发热受损。

由于离心通风机的滚动轴承外圈与轴承座孔的配合一般选用JS7/h6，这样的配合不会太紧，对轴承游隙的影响有限。但对于转速较高，工作温度较高的离心通风机，由于轴承座与上盖的联接螺栓的拧紧一般情况下并不用扭力搬手，为了防松，拧紧力常常过大，从而使工作游隙变小，当受热膨胀时，一方面轴承径向工作间隙可能减小为零而引起轴承发热，另一方面，轴承外圈与轴承座孔之间的间隙也可能为零甚至为负值，从而使轴承不能在轴向窜动，这样，即使轴承的轴向留有热伸长量，运行时仍不能自由伸展，从而使轴承发热甚至烧坏。所以，合适的拧紧力也很重要，现场中，一般采用看弹簧垫的压紧程度判断拧紧力，但最好的办法是采用扭力搬手来拧紧，这样才稳妥。

（5）轴承的装配方法不当。离心通风机主轴与轴承的配合，当轴与同时承受轴向和径向载荷的滚动轴承配合时，选用H7/js6配合，当轴与仅受径向载荷的滚动轴承配合时，选用H7/k6配合；因此，滚动轴承与轴一般采用热装，即用热油煮轴承，加热温度不得超过100 ℃。如果加热时的油温过高或加热时间过长，都会使轴承塑性变形，从而影响其配合关系。另外，如果加热时直接用火焰加热，或者为缩短冷却时间而采用急冷办法等都会影响轴承的使用安全，运行中会产生发热现象等。

1.6 振动大

使用中，当离心通风机主轴弯曲，或者存在不平衡质量（不均匀磨损及叶轮粘灰或结皮等）时，就会引起轴承座的振动，使轴承承受冲击负荷等，从而会加速轴承的磨损和引起轴承的发热。

1.7 轴承的磨损

轴承的磨损是轴承使用中最主要的故障，正常使用的轴承都存在着磨损的问题，这是正常的，但如果选用不当、安装及维修不当、密封不当及润滑不良等，就会加剧磨损。持续的磨损会使轴承的内圈、外圈、滚动体、保持架等发生尺寸变化，轴承配合间隙增大，运转元件的表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也降低了机器的运行精度，从而引起轴承的温度升高、振动增加、噪声增大，严重时就会发热、振动加剧、轴承烧毁，甚至引起轴的弯曲。

（1）滚动轴承的滚动体与外圈滚道、内圈滚道等的磨损。滚动轴承的此类磨损，对于转速较高的风机，会引起轴承发热、振动增大及噪声增大等现象，而对于转速较低的风机，则不一定有发热现象，但会出现振动增大现象。

对于轴承的磨损，测量轴承的径向间隙来判断轴承是否因磨损而间隙增大从而导致故障，是现场维修中常用的方法。通过用塞尺测量轴承的径向间隙，然后与轴承原始径向游隙比较，就可得出轴承的磨损量。在现场维修中，维修人员甚至是技术人员都希望有一个统一的轴承磨损的标准，来指导轴承的更换，但实际上，从目前来说，理论上讲，并没有一个这样的标准，一些基础技术工作做得好的企业，则制定了一个对特定风机适用的轴承间隙的更换标准，例如，据有关资料介绍[4]，轴颈直径d=50 mm～100 mm(也即轴承内径尺寸为50 mm～100 mm)，径向间隙大于0.2 mm，轴颈直径d＞100 mm，径向间隙大于0.3 mm，即为径向间隙不合理，宜予更换。当然，这样的标准，对于特定的风机来说，是适用的，但对于不同转速、不同负荷的风机，也许轴承径向间隙还要大一些，但使用仍没有问题。所以，制定一个统一的轴承间隙磨损标准，没有具体的指导意义，以上的经验数值也只能作为一个参考值。对于具体的风机来说，滚动轴承的径向磨损量应以不影响风机的安全运行为准，以免出现过修复的现象。

（2）滚动轴承内圈与轴的磨损。轴承内圈与轴的配合不合要求，或者运行中轴承的径向工作间隙很少，会造成轴承内圈与轴的配合松动，并产生相互磨损。磨损本身会产生热量，而磨损后还会使电机轴与风机主轴的对中变差，从而使轴承受力更加恶劣，发热更严重。

（3）滚动轴承外圈与轴承座孔的磨损。轴承座内孔的磨损主要是由于轴承外圈与轴承座孔之间的间隙不合理或轴承失效等原因造成的，磨损后就会产生发热现象。因为滚动轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制，与一般的圆柱面配合不同，由于轴承外径上偏差均为零，故在配合种类相同的情况下，外圈与轴承座孔的配合较松。在离心通风机的使用中，一般轴承外圈与轴承箱内孔配合为JS7/h6。这种较松的配合是为了轴承及轴工作受热时轴承能在轴承座内孔上轴向伸展，但有时，配合间隙不合理就会造成轴承跑外圈，尤其是在振动较大时，轴承跑外圈的现象更容易发生，从而导致轴承座内孔的磨损。

轴承座内孔磨损时，可把上下盖配合面联接螺栓紧固后用内径千分尺测量，较小的磨损量可用加薄铜垫片的方法处理，加薄铜垫片后同样要有一定的配合间隙。对于传动侧(也即轴承定位侧)的内孔磨损，也可用圆柱固化胶把外圈与轴承座孔粘结，但对于非传动侧，由于要让轴承轴向活动不受限制，所以，内孔磨损后，是不允许把轴承外圈与轴承座用固化胶固化的。对于磨损量大的，只能更换新的轴承座。

（4） 轴承磨损后，会使主轴的中心位置变低，有时会造成主轴与轴承座两端的轴承端盖相互摩擦，这样也会引起轴承的发热。

1.8 轴承的型号不对或轴承本身质量

轴承的型号不对，主要是指轴承的游隙不对，例如，对于使用得较多的22316轴承，本来应采用原始游隙较大的C3组轴承，最后却用了标准组轴承，这样就会使原始游隙变小（对于22316轴承，C3组的原始游隙为0.08 mm～0.11 mm，标准组的为0.05 mm～0.08 mm）。轴承本身质量不良，如原始游隙不合要求、滚子或套圈有缺陷等。因此，生产中更换轴承时，尤其是转速较高及工作温度较高的离心风机的轴承，要注意轴承的检查，注意其表面缺陷及原始游隙是否合适。

2 使用中滚动轴承温度的测量和控制

滚动轴承使用中，由于摩擦发热、设备的传热及幅射热等的影响，轴承温度会逐步升高的，正常情况下，温度会稳定在一定的范围内，不正常情况下，温度会继续升高发热，如果不加以控制的话，就会造成轴承的失效。所以，必须对轴承的温度进行测量和控制，使其工作在正常范围内。温度监测对轴承载荷、速度和润滑情况的变化反映比较敏感，尤其是对润滑不良而引起的轴承过热现象很敏感，是判断轴承工作是否正常的主要方法之一。

2.1 滚动轴承温度的测量

由于传热及散热作用，轴承、主轴、轴承座等的温度都是不同的，为了准确掌握轴承的工作温度，现场中一般是测量轴承外圈的温度，对轴承温度的控制也是针对轴承外圈的温度，而不是主轴或轴承座的温度。

2.2 滚动轴承温度的控制

严格地说，轴承的发热体现在温升上，风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范（GB50275-2010）就规定在离心通风机试车时，在轴承表面测得的温度不得高于环境温度40 ℃。而高温离心通风机技术条件（JB/T8822－1998）则说明，根据风机的不同工作环境，在设计中应采用相应的冷却装置。无特殊要求时，轴承温升不得超过周围环境温度40 ℃，正常工作温度最高不得超过80 ℃。但考虑到轴承还有一个最高使用温度，所以，实际上，人们往往用轴承的温度来进行控制。例如，对于F式传动的高温离心通风机，据高温离心风机说明书要求，轴承报警值为75 ℃，停机值为95 ℃。当然，对于不同的工况，轴承温度的报警值及跳停值并不是相同的，但轴承温度在规范值范围内运行是安全高效的。

2.3 注意环境温度控制

轴承的发热主要体现在温升上，当轴承温度较高时，有时并不是发热引起的，而是周围环境温度较高造成的，所以，我们一方面要控制轴承的温度，同时还要关注温升的情况，当轴承温度高但温升不大时，就要采取相应的措施来降低环境温度，最终使轴承温度降到安全范围内。

3 结束语

（1）离心通风机的滚动轴承的正确选用、安装、使用、维护及维修，是滚动轴承安全运行的重要前提，因此，要高度重视。

（2）以上分析的离心通风机滚动轴承发热原因，在滚动轴承发热故障中，有时候是一种原因引起的，有时候是多种原因引起的。因此，对于轴承的发热原因，要综合分析，全面考虑，并要找到引起发热的主要原因，从根本上消除发热现象。

（3）正确认识轴承发热及温升问题，轴承的发热主要体现在温升上而不是温度上。同时也要控制轴承的最高使用温度，避免温度过高使轴承材质发生改变，并导致轴承发热及失效。另外，轴承适当的高温是允许的，只要在控制范围内工作就没有问题。因此，不要因为轴承温度稍高就进行检查或维修，甚至更换仍可使用的轴承，从而造成轴承的过维修现象，使维修成本增高。

[1] 刘明红. 离心风机使用经验点滴[J]. 四川水泥, 2013(4): 128-130.

[2] 王淑凤, 吴志军.浅谈引风机轴承过热及磨损现象的分析和处理[J]. 设备管理与维修, 1995(02)：11.

[3] 范庆东.窑头风机负荷侧轴承损坏原因的分析[J].水泥，2006(1): 47-48.

[4] 李庆宜.通风机[M]. 北京: 机械工业出版社, 1981.

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1008-0473(2015)02-0044-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.02.013

2014-12-24）