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引言 風機是節(jié)能潛力巨大的通用設備，調(diào)速是其節(jié)能的重要途徑，調(diào)速技術的選擇事關投資效益，從性能價格比的角度出發(fā)，優(yōu)選機械調(diào)速裝置是較為明智的選擇。 1  風機調(diào)速的意義 風機是使用面廣、耗電量大的設備，風機在運行中普遍地存在的問題：（1）設備陳舊，結(jié)構落后，造成單機運行效率低；（2）風機或其配套電機選型設計裕量過大，形成系統(tǒng)實際運行效率低。如某鋼鐵公司風機實際運行效率僅為6％；（3）對于生產(chǎn)工藝參數(shù)不斷變化時，多采用落后的管道閘閥節(jié)流進行工況調(diào)節(jié)，白白地造成能源浪費；（4）輸送管道設置不盡合理，管道阻力大，以及運行管理粗放（如風機放空）造成運行中無效的功率損失等?？梢?，圍繞風機存在著大量的節(jié)能潛力，而對于工藝參數(shù)變化大的大中型（50～500kW）風機，其調(diào)速節(jié)能技術應用具有廣闊前景。 風機最大特點是負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如果在電機與風機之間加裝調(diào)速裝置，將電機輸出的固定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為根據(jù)流量需求的風機轉(zhuǎn)速，即當生產(chǎn)工藝參數(shù)需要變化時，采用改變風機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風機的流量，就可節(jié)約大量的電能。 采用調(diào)速技術后，風機運行節(jié)能效果的預測，如以閥門調(diào)節(jié)作為比較的基準，當流量在0.5～1.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化時，不同調(diào)節(jié)方式時功率消耗與流量的關系見圖1[1]。   a——調(diào)節(jié)閥門 b——調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 圖1 風機不同調(diào)節(jié)方式時功率消耗與流量的關系     可參照下式預測平均節(jié)約功率： △P＝Pa-Pb≈0.4P0 式中P0——額定功率 即在理想情況下，通過調(diào)速使風機的流量由50％連續(xù)不斷調(diào)節(jié)至100％時，調(diào)速調(diào)節(jié)比閥門調(diào)節(jié)可節(jié)省功率約為額定功率的40％。 2 風機調(diào)速技術類別選擇及方案分析 2.1 風機調(diào)速技術類別與比較 目前，風機調(diào)速有兩種方式：一種是機械調(diào)速，最常用的是在電機和風機間加裝調(diào)速型液力耦合器或液體粘性調(diào)速離合器；另一種是電氣調(diào)速裝置，其方法有串級調(diào)速、變頻調(diào)速、變極調(diào)速等。選擇機械調(diào)速用于風機調(diào)速運行，具有傳動效率高、過載保護性好、控制反應快、成本低、體積小、易維護等優(yōu)點且不受電機轉(zhuǎn)速、電壓等級等參數(shù)限制。而我國200kW以上的交流電機基本上全是高電壓電機，如此高等級電壓的調(diào)速，對各類電氣調(diào)速方式均難以達到。故我國目前高電壓中、大功率（200kW以上）的各類交流電機調(diào)速裝置均為液力耦合器或液粘調(diào)速離合器。以下針對液力耦合器和液粘調(diào)速離合器在風機調(diào)速領域中的應用特性進行研究。 2.2 液力調(diào)速傳動與液粘調(diào)速傳動特性的比較 以上針對風機調(diào)速選擇進行了分析，各有利弊，從性能價格比的角度出發(fā)，更傾向于機械調(diào)速裝置的應用。調(diào)速型液力耦合器和液粘調(diào)速離合器其原理不同，應用上有很多相同點，也有不同點。 從原理上講，液力耦合器傳動基于歐拉方程，以液體動量矩的變化來傳遞動力；液粘調(diào)速離合器傳動基于牛頓內(nèi)摩擦定律,以液體的粘性（或油膜剪切力）來傳遞動力。由于基本概念和工作原理的本質(zhì)不同，其調(diào)速裝置的主機結(jié)構設計顯然不同。但工作介質(zhì)都是液體油，工作過程都有熱量產(chǎn)生，其操作控制系統(tǒng)都需要電控、液體循環(huán)和冷卻。 調(diào)速型液力耦合器和液粘調(diào)速離合器在應用特點上異同比較如下[2-3]： （1）都能使電機空載啟動，縮短啟動電流對電網(wǎng)的沖擊時間； （2）都可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)節(jié)方便可靠，且易于實現(xiàn)遠程控制和自動控制； （3）液粘調(diào)速離合器可實現(xiàn)同步、調(diào)速和脫離3種工況運行，且主動軸轉(zhuǎn)動方向不影響傳動性能。在同步轉(zhuǎn)動時無功率損失，傳動效率（理論值）為100％；. （4）都可以緩和沖擊，衰減扭振，具有過載保護功能，延長設備使用壽命； （5）液力耦合器相對維修復雜，結(jié)構偏大，但調(diào)速技術較成熟可靠，能長期無檢修運行；液粘調(diào)速離合器結(jié)構緊湊合理，在調(diào)速狀態(tài)下效率高于耦合器4％～5%,節(jié)電率高于8％，但在轉(zhuǎn)速比0.9以后至1.0區(qū)域內(nèi)易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動，故應重視采用合理措施降低不穩(wěn)定區(qū)間或合理操作避開不穩(wěn)定區(qū)工作； （6）都適用與不同等級的高低電壓、中大容量電機配用，使電機始終以額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，電機效率高，功率因數(shù)高，無諧波影響。 目前，國產(chǎn)調(diào)速型耦合器輸入轉(zhuǎn)速3000/min，最大功率可達6500kW；液粘調(diào)速離合輸入轉(zhuǎn)速3000/min，功率可達3200kW。 2.3 兩種機械調(diào)速節(jié)能裝置選擇方案的有關注意事項[1-2] （1）區(qū)別二者傳動特點的異同有針對地選擇。調(diào)速型液力耦合器與液粘調(diào)速離合器在應用特點上有很多相似之處，由于調(diào)速型液力耦合器技術成熟超前，應用相對普遍；但液粘調(diào)速離合器有更高的傳動效率，有1︰1的同步傳動，可方便進行定速、調(diào)速切換運行，寬泛了應用范圍，經(jīng)濟投入也相對偏低，但其存在調(diào)速不穩(wěn)定區(qū)間是難于避免的，應重視在技術上縮小速度不穩(wěn)定區(qū)，盡力擴大轉(zhuǎn)速比的實際范圍。 （2）調(diào)速節(jié)能的立足點在“調(diào)速&dquo;，調(diào)速即調(diào)節(jié)了風機的流量，只有存在流量變化工況需求時，才適于進行調(diào)速。但考慮到風機自身運行的特性因素，應有一個最佳的調(diào)速范圍。通常最低轉(zhuǎn)速不小于額定轉(zhuǎn)速的50％，一般為70％～90％之間。因為低轉(zhuǎn)速時，風機本身效率明顯下降，是不經(jīng)濟的；在額定流量的90％以上變化時，接近調(diào)速裝置本身效率（90％左右），節(jié)能效果不再明顯，而接近100％流量運行時，反而多耗能。 （3）大中型（50～500kW）的風機最適合采用調(diào)速裝置節(jié)能。小功率風機由于功率小，節(jié)能潛力小，加之小功率風機往往工況參數(shù)變化范圍不大，采用調(diào)速投資的節(jié)能效益不大。 （4）調(diào)速范圍確定時，應注意避開機組的機械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時，將可能損壞機組。 3 風機調(diào)速應用實例與節(jié)能效益分析 調(diào)速型液力耦合器或液粘調(diào)速離合器均是風機調(diào)速裝置的最佳選擇。對于新安裝風機可選型調(diào)速裝置進行成套設計，對老設備改造則需使電機后退重新制作設備基礎。 以下舉實例說明機械調(diào)速裝置的應用并分析節(jié)能效益。 3.1 調(diào)速型液力耦合器應用舉例 以煉鋼轉(zhuǎn)爐除塵風機為例。按煉鋼工藝要求，當吹氧時風機全速運行，引出煉鋼產(chǎn)生的煤氣回收利用。在非吹煉（出鋼、進料）時間內(nèi)，不需要排煙除塵，但因大型電機不易頻繁啟停，仍然采用全速運行方式，使風機在不需要排煙除塵時改為抽引大氣而空耗電能。加裝調(diào)速型液力耦合器則可對風機施以工況變速調(diào)節(jié)，從而大量節(jié)約電能。某鋼廠原來恒速運行的T18氬氧轉(zhuǎn)爐除塵風機加裝調(diào)速型液力耦合器后實現(xiàn)了變速調(diào)節(jié)運行，以下分析計算其節(jié)能效益[2]。 該轉(zhuǎn)爐吹煉一爐鋼周期為2h，其中吹煉時間1和出鋼進料時間2各占1h（圖2）。 在恒速運行時，電機高速滿功率運行，電機耗能為 Wd=P1（1+2） 采用液力耦合器變速調(diào)節(jié)運行后，吹煉時風機高速運行，出鋼、進料時風機低速運行。其電機耗能為                          Wo=P11+P22 式中 P1——風機高速運行時電機消耗功率，kW P2——風機低速運行時電機消耗功率，kW 1——轉(zhuǎn)爐吹煉（風機高速運行）時間，h  2——轉(zhuǎn)爐出鋼、進料（風機低速運行）時間，h；1=2=1h 變速調(diào)節(jié)對風機恒速運行的節(jié)能量WJ為 WJ=Wd－Wo=P1（1+2）－（P11+P22）                       =（P1－P2）2   在正常生產(chǎn)情況下實際計算（數(shù)字過程略）的年節(jié)電量為637632kW&middo;h，年節(jié)電率為                  K=36.3% 上例說明液力耦合器應用于風機調(diào)速運行節(jié)電效果明顯，有良好的技術經(jīng)濟性。 3.2 液粘調(diào)速離合器應用舉例 開封火電廠1995～1999年先后在3＃鍋爐送風機、4＃鍋爐送風機和吸風機甲乙兩側(cè)安裝了6臺YT80型液粘調(diào)速離合器成功應用至今，年節(jié)電152萬kW&middo;h，節(jié)電率為25%。將液粘調(diào)速技術應用于鍋爐送風機，變擋板調(diào)節(jié)風機流量為調(diào)速調(diào)節(jié)風機流量，這在電力系統(tǒng)查無先例。 4 結(jié)束語     風機是用量大、耗能大的通用設備，選擇合理的節(jié)能措施勢在必行。交流電動機調(diào)速效率高是主要優(yōu)勢，但其成本高設備較復雜，維護要求較高，在大容量高電壓時可靠性尚待進一步提高。機械調(diào)速裝置初始投資小見效快，運行可靠性高維修量小，投資回收率高。目前機械調(diào)速裝置在風機調(diào)速節(jié)能中得到了較為廣泛的應用且發(fā)展前景很好。對于液力耦合器和液粘調(diào)速離合器來講，前者應用更為成熟廣泛些。雖然液粘調(diào)速技術起步較晚，但由于其結(jié)構合理，性能寬泛，操作維護簡易而具有較強的競爭優(yōu)勢。  

引言 滾動軸承是工程機械設備中常用重要機件，各種因素導致的損害會在軸承上留下不同的特征。通過檢查分析損壞的軸承，找出其損壞的原因并采取必要的改善措施，防止不利因素的發(fā)生，是非常有意義的。即使有時沒有找出失效的真實原因，也能得出一些方向性的提示，排除一些錯誤的觀點和避免一些不必要的彎路。 1 滾動軸承運轉(zhuǎn)軌跡模式     滾動軸承在低負荷下運轉(zhuǎn)時，內(nèi)、外圈滾道接觸面會有一些鈍化痕跡，通常這不算磨損，對軸承壽命影響不大。鈍化痕跡形成的部位及大小即所謂的軌跡模式，因轉(zhuǎn)動與滾動情況不同而各異，一般可以通過對軌跡模式的檢測來掌握軸承的運行環(huán)境，區(qū)分其運行環(huán)境是否正常和適當。 2 失效分類及實例 軸承失效的典型損壞形式一般是由初期階段延續(xù)上升到第二階段，即由壓痕、擦痕、刮傷、電擊、銹跡、過熱等上升至凹痕、磨損、瘢痕、腐蝕、疲勞、剝落、失圓、燒傷、斷裂、內(nèi)部間隙增大、振動和噪聲上升，直至失效，而軸承失效通常表現(xiàn)為各階段損壞的混合，以下為常見的失效形式和不適當運行方式。 2.1 疲勞 疲勞是載荷所產(chǎn)生的剪切應力在金屬承載表面以下快速周期性的出現(xiàn)，經(jīng)過一定時間后產(chǎn)生微觀裂紋，并逐漸延伸到金屬表面引起的剝離或脫落，并逐漸擴展最終使軸承失效。它與因潤滑不足、粗糙表面及微觀凹凸在周期載荷作用下滾道表面形成的微小裂紋不同，表面裂紋（或表面疲勞）非常細微，但逐漸擴展會縮短軸承使用壽命。 2.2 磨損   2.2.1 潤滑原因 當潤滑油型號不對、變質(zhì)、流失、潤滑不充分或潤滑失效，無法形成有承載力的油膜，金屬之間直接接觸，相對滑動，表面材料原始微觀刀紋被磨掉，起初出現(xiàn)明顯的碾壓光亮鏡面效果。當潤滑油耗盡，干摩擦使溫度急劇上升，發(fā)藍直至呈棕色，溫度繼續(xù)升高，金屬表面變軟，發(fā)生流動和粘連，表面材料發(fā)生相互轉(zhuǎn)移的拖尾效應，呈淚痕狀。摩擦發(fā)生時，某些材料的表面也可能會被加熱后又經(jīng)油淋快速冷卻而局部硬化，造成滾動中局部應力集中和其它材料的加速磨損。 2.2.2 污染原因 因裝配操作不當，密封性差，維護不良，雜質(zhì)或軸承材料磨屑進入等，軸承工作面會被 逐漸磨損直至不能使用。 2.2.3 振動原因   軸承靜止時，滾子與滾道間還未形成潤滑膜，相互接觸的金屬之間受振動環(huán)境影響產(chǎn)生相對移動摩擦，有時會產(chǎn)生搓板條紋狀印痕，微小顆粒從滾道表面剝離形成印痕，滾柱軸承產(chǎn)生長條凹槽，滾珠軸承產(chǎn)生 球狀凹坑。大多情況剝離部位會氧化使印痕底部有暗紅色銹跡，而滾子沒有明顯的損害。振動幅度的大小、持續(xù)的時間和間隙的大小都影響損害的程度，但振頻與損害程度無顯著關系。圓柱滾子軸承相對更易受到傷害，因為滾珠能在任何方向滾動，而滾柱只能朝一個方向滾動，其他方向則形成滑動。所以，提供振動阻尼基座、采用油浴潤滑、軸承預加彈性載荷，或可能情況下采用球面滾子代替圓柱滾子等，盡量避免振動損害。 2.2.4 進出載荷區(qū) 滾動軸承運轉(zhuǎn)時，載荷區(qū)的滾子受到內(nèi)、外圈的壓力驅(qū)動處于滾動狀態(tài)，而無載荷區(qū)域的滾子并未完全形成滾動，當這部分滾子處于正在進入與尚未進入載荷時刻，處于剛性體與塑性體、滑動和滾動的混合狀態(tài)，受加速、壓力失圓和劇烈的搓擠，此刻若潤滑油膜失效，會導致滾子和內(nèi)外滾道磨損。   2.2.5 安裝原因   安裝圓柱滾子軸承時，滾子與保持架相連的環(huán)應加以潤滑和旋轉(zhuǎn)進行安裝，否則滾子容易刮擦滾道，導致與滾子間距一致的橫向擦痕。批量裝配軸承時若采用合理的工裝會非常方便。若軸承內(nèi)圈與軸、外圈與軸承座配合不夠緊，此種情況靠軸向壓緊難以改善，運行時產(chǎn)生相對運動（跑套），在軸和軸承孔、軸承外表面和軸承座孔會產(chǎn)生磨損。 2.2.6 軸承結(jié)構 軸承擋邊、角環(huán)及保持架等都容易在運行中發(fā)生摩擦，雙列球面滾子軸承的中隔圈在尺寸設計上過于靠近保持架容易磨損；雙支撐軸承跨度較大時，常因熱膨脹釋放受阻，受過大的單向軸向載荷導致滾子端部與擋邊和角環(huán)的導向面發(fā)生磨損。 2.2.7 軸承質(zhì)量原因 不具備資質(zhì)的制造廠家所生產(chǎn)的軸承，結(jié)構設計不合理、材料選用不當、制造上的缺陷、質(zhì)量控制不善、工藝執(zhí)行不嚴及運輸保管失誤等，均可能引起軸承較快磨損。 2.3 凹痕  2.3.1 軸承拆裝時施力不當、過盈配合過大、錐孔軸承軸套過度脹緊，軸承未運轉(zhuǎn)時受不對稱或非正常載荷，使座圈和滾子上形成凹痕，有時軸承圈上的凹痕與滾子的間距是一致的。 2.3.2 毛刺類雜質(zhì)卷入滾動中座環(huán)會產(chǎn)生碾壓凹痕，導致凹痕的粒子并不一定很硬，碎紙、纖維也可能導致這種情況。 2.4 瘢痕 推力球軸承若載荷不足情況下轉(zhuǎn)速過高，離心力會把滾珠甩向滾道外側(cè)，滾珠與滾道產(chǎn)生相對滑動而非正常滾動，導致滾道外側(cè)形成傾斜的條狀劃擦痕跡，一般通過對軸承附加預緊載荷（如彈簧）可以避免。此外，一些軸承定位件、壓緊件及隨軸旋轉(zhuǎn)件的各種缺陷也會在軸承上留下?lián)p傷痕跡。 2.5 腐蝕和銹蝕 暴露在空氣中的軸承金屬表面會產(chǎn)生一層很薄的氧化保護膜，但若無潤滑油保護，此薄膜極易破壞，一經(jīng)與水或腐蝕元素接觸，就會產(chǎn)生腐蝕痕跡并迅速擴展。如鹽水能產(chǎn)生電解腐蝕，一般硫酸腐蝕很快，硝液腐蝕較弱。腐蝕也可因摩擦引起氧化薄膜破壞，氧化逐漸滲透至材料內(nèi)部，銹蝕處破裂形成凹坑，產(chǎn)生承載不均勻，載荷分布惡化。 2.6 電擊 當對機械設備施焊，電流從一個軸承環(huán)經(jīng)滾子流向另一個環(huán)，接觸點產(chǎn)生高溫電弧，局部材料受熱產(chǎn)生大小不一的變色或灼傷區(qū)域，此處材料被回火、被再次硬化或融化，形成凹坑褶皺，滾動受到影響，外環(huán)滾道上的剝落會因碾壓周向擴展，滾子上的灼傷有黑色或變色瘢痕。直流電和交流電都能損傷軸承，即使是很小的電流。轉(zhuǎn)動著的軸承對電流損害更敏感，損傷的程度取決于電流強度、持續(xù)時間、載荷、速度和潤滑。 有時電流產(chǎn)生的凹痕與振動引起的凹痕非常相似，一般較難區(qū)分，但是前者產(chǎn)生的凹痕底部深暗發(fā)黑，通常不明亮不銹蝕；而振動引起的凹痕底部較亮或帶銹跡；另一個特征是振動損傷主要在滾道上，滾子上無明顯損傷。 2.7 剝落 通常的軸承剝落并非疲勞已達到額定壽命，而有可能存在6種情況。 2.7.1 軸承配置選型不當，裝調(diào)預載荷過大，配合過緊造成軸承運行過載荷。 2.7.2 運行軸承散熱不良，材料間相互溫差過大，軸承圈熱變形和局部高負載會引起剝落。 2.7.3 剖分式軸承座中分面錯位或連接螺栓過緊，致軸承孔失圓而形成附加載荷。 2.7.4 雙支型軸承浮動端移動度受限，不能釋放熱膨脹引起的軸向附加載荷，導致擠壓。 2.7.5 安裝傾斜，定位不良或缺乏定位，內(nèi)外圈不同軸，深溝球軸承直徑兩端造成嚴重的傾斜受力印痕和剝落；圓柱滾子軸承則在內(nèi)圈一側(cè)滾道邊緣超載出現(xiàn)印痕和剝落。 2.7.6 硬粒雜質(zhì)污染碾壓造成剝落，其它如表面腐蝕、銹蝕、摩擦或電擊損害等引起的剝落，當剝落到一定程度時，通過聲音和振動的不正?？梢耘袛喑?。   2.8 斷裂 2.8.1 野蠻拆裝，對內(nèi)外環(huán)的直接錘擊或以硬物敲鑿都將導致裂紋或碎片脫落；球面滾子軸承裝配時受敲擊易造成中部法蘭破裂，或撞擊力由另一列滾子傳遞后造成另一側(cè)內(nèi)環(huán)外擋邊破裂。 2.8.2 錐形內(nèi)孔或脹套緊力過度，圓柱孔內(nèi)圈配合過盈量過大，導致過度加熱后與主軸套裝過緊，造成內(nèi)環(huán)上過大的附加拉應力，在運行載荷作用下容易斷裂。   2.8.3 軸承內(nèi)圈與主軸配合不夠緊，運行中產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和摩擦，易導致內(nèi)圈裂紋或橫貫摩擦面的斷裂。 2.8.4 深溝球軸承易產(chǎn)生外圈周向斷裂，嚴重磨損銹蝕的球面滾子軸承易產(chǎn)生內(nèi)圈橫向斷裂。 2.9 保持架損壞 2.9.1 劇烈振動下滾子慣性力會使保持架受沖擊過載荷，保持架內(nèi)部會疲勞產(chǎn)生裂紋，這些裂紋遲早會導致保持架破裂。 2.9.2 若軸承轉(zhuǎn)速超過保持架設計強度，保持架也會因高速產(chǎn)生的巨大慣性力而破壞。 2.9.3 使用滾動軸承的初衷是避免滑動摩擦，但保持架和與其接觸的軸承組件不可避免地會產(chǎn)生滑動摩擦。保持架材料相對偏軟，若潤滑不充分和微粒研磨，磨損相對較快，當保持架尺寸因磨損減小后，間隙增大，對滾動件的導向作用減弱，滾動會偏離正常運動軌跡，會更加速保持架失效。 2.9.4 若硬質(zhì)顆粒進入保持架阻礙了滾子正常旋轉(zhuǎn)，也將導致保持架失效。 2.9.5 其它原因：若軸承安裝時內(nèi)外環(huán)軸心偏移或軸承間隙增大，滾子以橢圓和非正常軌跡運動，那么保持架每轉(zhuǎn)一圈都必定改變形狀，產(chǎn)生附加載荷或承受劇烈加速、減速及速度波動和慣性力的影響，其內(nèi)部材料遲早會因疲勞導致破損。 3 結(jié)論 總之，只要注意保護運行現(xiàn)場和保留失效軸承遺留物件，認真進行觀察分析和不斷總結(jié)積累經(jīng)驗，就能找到解決問題的方法和思路，從失效軸承的運行環(huán)境和損壞痕跡分析中獲益。