引言 风机是节能潜力巨大的通用设备，调速是其节能的重要途径，调速技术的选择事关投资效益，从性能价格比的角度出发，优选机械调速装置是较为明智的选择。 1  风机调速的意义 风机是使用面广、耗电量大的设备，风机在运行中普遍地存在的问题：（1）设备陈旧，结构落后，造成单机运行效率低；（2）风机或其配套电机选型设计裕量过大，形成系统实际运行效率低。如某钢铁公司风机实际运行效率仅为6％；（3）对于生产工艺参数不断变化时，多采用落后的管道闸阀节流进行工况调节，白白地造成能源浪费；（4）输送管道设置不尽合理，管道阻力大，以及运行管理粗放（如风机放空）造成运行中无效的功率损失等。可见，围绕风机存在着大量的节能潜力，而对于工艺参数变化大的大中型（50～500kW）风机，其调速节能技术应用具有广阔前景。 风机最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此如果在电机与风机之间加装调速装置，将电机输出的固定转速调节为根据流量需求的风机转速，即当生产工艺参数需要变化时，采用改变风机转速来调节风机的流量，就可节约大量的电能。 采用调速技术后，风机运行节能效果的预测，如以阀门调节作为比较的基准，当流量在0.5～1.0的范围内调节变化时，不同调节方式时功率消耗与流量的关系见图1[1]。   a——调节阀门 b——调节转速 图1 风机不同调节方式时功率消耗与流量的关系     可参照下式预测平均节约功率： △P＝Pa-Pb≈0.4P0 式中P0——额定功率 即在理想情况下，通过调速使风机的流量由50％连续不断调节至100％时，调速调节比阀门调节可节省功率约为额定功率的40％。 2 风机调速技术类别选择及方案分析 2.1 风机调速技术类别与比较 目前，风机调速有两种方式：一种是机械调速，最常用的是在电机和风机间加装调速型液力耦合器或液体粘性调速离合器；另一种是电气调速装置，其方法有串级调速、变频调速、变极调速等。选择机械调速用于风机调速运行，具有传动效率高、过载保护性好、控制反应快、成本低、体积小、易维护等优点且不受电机转速、电压等级等参数限制。而我国200kW以上的交流电机基本上全是高电压电机，如此高等级电压的调速，对各类电气调速方式均难以达到。故我国目前高电压中、大功率（200kW以上）的各类交流电机调速装置均为液力耦合器或液粘调速离合器。以下针对液力耦合器和液粘调速离合器在风机调速领域中的应用特性进行研究。 2.2 液力调速传动与液粘调速传动特性的比较 以上针对风机调速选择进行了分析，各有利弊，从性能价格比的角度出发，更倾向于机械调速装置的应用。调速型液力耦合器和液粘调速离合器其原理不同，应用上有很多相同点，也有不同点。 从原理上讲，液力耦合器传动基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力；液粘调速离合器传动基于牛顿内摩擦定律,以液体的粘性（或油膜剪切力）来传递动力。由于基本概念和工作原理的本质不同，其调速装置的主机结构设计显然不同。但工作介质都是液体油，工作过程都有热量产生，其操作控制系统都需要电控、液体循环和冷却。 调速型液力耦合器和液粘调速离合器在应用特点上异同比较如下[2-3]： （1）都能使电机空载启动，缩短启动电流对电网的冲击时间； （2）都可以实现无级调速，调节方便可靠，且易于实现远程控制和自动控制； （3）液粘调速离合器可实现同步、调速和脱离3种工况运行，且主动轴转动方向不影响传动性能。在同步转动时无功率损失，传动效率（理论值）为100％；. （4）都可以缓和冲击，衰减扭振，具有过载保护功能，延长设备使用寿命； （5）液力耦合器相对维修复杂，结构偏大，但调速技术较成熟可靠，能长期无检修运行；液粘调速离合器结构紧凑合理，在调速状态下效率高于耦合器4％～5%,节电率高于8％，但在转速比0.9以后至1.0区域内易出现转速波动，故应重视采用合理措施降低不稳定区间或合理操作避开不稳定区工作； （6）都适用与不同等级的高低电压、中大容量电机配用，使电机始终以额定转速运转，电机效率高，功率因数高，无谐波影响。 目前，国产调速型耦合器输入转速3000/min，最大功率可达6500kW；液粘调速离合输入转速3000/min，功率可达3200kW。 2.3 两种机械调速节能装置选择方案的有关注意事项[1-2] （1）区别二者传动特点的异同有针对地选择。调速型液力耦合器与液粘调速离合器在应用特点上有很多相似之处，由于调速型液力耦合器技术成熟超前，应用相对普遍；但液粘调速离合器有更高的传动效率，有1︰1的同步传动，可方便进行定速、调速切换运行，宽泛了应用范围，经济投入也相对偏低，但其存在调速不稳定区间是难于避免的，应重视在技术上缩小速度不稳定区，尽力扩大转速比的实际范围。 （2）调速节能的立足点在“调速&dquo;，调速即调节了风机的流量，只有存在流量变化工况需求时，才适于进行调速。但考虑到风机自身运行的特性因素，应有一个最佳的调速范围。通常最低转速不小于额定转速的50％，一般为70％～90％之间。因为低转速时，风机本身效率明显下降，是不经济的；在额定流量的90％以上变化时，接近调速装置本身效率（90％左右），节能效果不再明显，而接近100％流量运行时，反而多耗能。 （3）大中型（50～500kW）的风机最适合采用调速装置节能。小功率风机由于功率小，节能潜力小，加之小功率风机往往工况参数变化范围不大，采用调速投资的节能效益不大。 （4）调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。 3 风机调速应用实例与节能效益分析 调速型液力耦合器或液粘调速离合器均是风机调速装置的最佳选择。对于新安装风机可选型调速装置进行成套设计，对老设备改造则需使电机后退重新制作设备基础。 以下举实例说明机械调速装置的应用并分析节能效益。 3.1 调速型液力耦合器应用举例 以炼钢转炉除尘风机为例。按炼钢工艺要求，当吹氧时风机全速运行，引出炼钢产生的煤气回收利用。在非吹炼（出钢、进料）时间内，不需要排烟除尘，但因大型电机不易频繁启停，仍然采用全速运行方式，使风机在不需要排烟除尘时改为抽引大气而空耗电能。加装调速型液力耦合器则可对风机施以工况变速调节，从而大量节约电能。某钢厂原来恒速运行的T18氩氧转炉除尘风机加装调速型液力耦合器后实现了变速调节运行，以下分析计算其节能效益[2]。 该转炉吹炼一炉钢周期为2h，其中吹炼时间1和出钢进料时间2各占1h（图2）。 在恒速运行时，电机高速满功率运行，电机耗能为 Wd=P1（1+2） 采用液力耦合器变速调节运行后，吹炼时风机高速运行，出钢、进料时风机低速运行。其电机耗能为                          Wo=P11+P22 式中 P1——风机高速运行时电机消耗功率，kW P2——风机低速运行时电机消耗功率，kW 1——转炉吹炼（风机高速运行）时间，h  2——转炉出钢、进料（风机低速运行）时间，h；1=2=1h 变速调节对风机恒速运行的节能量WJ为 WJ=Wd－Wo=P1（1+2）－（P11+P22）                       =（P1－P2）2   在正常生产情况下实际计算（数字过程略）的年节电量为637632kW&middo;h，年节电率为                  K=36.3% 上例说明液力耦合器应用于风机调速运行节电效果明显，有良好的技术经济性。 3.2 液粘调速离合器应用举例 开封火电厂1995～1999年先后在3＃锅炉送风机、4＃锅炉送风机和吸风机甲乙两侧安装了6台YT80型液粘调速离合器成功应用至今，年节电152万kW&middo;h，节电率为25%。将液粘调速技术应用于锅炉送风机，变挡板调节风机流量为调速调节风机流量，这在电力系统查无先例。 4 结束语     风机是用量大、耗能大的通用设备，选择合理的节能措施势在必行。交流电动机调速效率高是主要优势，但其成本高设备较复杂，维护要求较高，在大容量高电压时可靠性尚待进一步提高。机械调速装置初始投资小见效快，运行可靠性高维修量小，投资回收率高。目前机械调速装置在风机调速节能中得到了较为广泛的应用且发展前景很好。对于液力耦合器和液粘调速离合器来讲，前者应用更为成熟广泛些。虽然液粘调速技术起步较晚，但由于其结构合理，性能宽泛，操作维护简易而具有较强的竞争优势。  

引言 滚动轴承是工程机械设备中常用重要机件，各种因素导致的损害会在轴承上留下不同的特征。通过检查分析损坏的轴承，找出其损坏的原因并采取必要的改善措施，防止不利因素的发生，是非常有意义的。即使有时没有找出失效的真实原因，也能得出一些方向性的提示，排除一些错误的观点和避免一些不必要的弯路。 1 滚动轴承运转轨迹模式     滚动轴承在低负荷下运转时，内、外圈滚道接触面会有一些钝化痕迹，通常这不算磨损，对轴承寿命影响不大。钝化痕迹形成的部位及大小即所谓的轨迹模式，因转动与滚动情况不同而各异，一般可以通过对轨迹模式的检测来掌握轴承的运行环境，区分其运行环境是否正常和适当。 2 失效分类及实例 轴承失效的典型损坏形式一般是由初期阶段延续上升到第二阶段，即由压痕、擦痕、刮伤、电击、锈迹、过热等上升至凹痕、磨损、瘢痕、腐蚀、疲劳、剥落、失圆、烧伤、断裂、内部间隙增大、振动和噪声上升，直至失效，而轴承失效通常表现为各阶段损坏的混合，以下为常见的失效形式和不适当运行方式。 2.1 疲劳 疲劳是载荷所产生的剪切应力在金属承载表面以下快速周期性的出现，经过一定时间后产生微观裂纹，并逐渐延伸到金属表面引起的剥离或脱落，并逐渐扩展最终使轴承失效。它与因润滑不足、粗糙表面及微观凹凸在周期载荷作用下滚道表面形成的微小裂纹不同，表面裂纹（或表面疲劳）非常细微，但逐渐扩展会缩短轴承使用寿命。 2.2 磨损   2.2.1 润滑原因 当润滑油型号不对、变质、流失、润滑不充分或润滑失效，无法形成有承载力的油膜，金属之间直接接触，相对滑动，表面材料原始微观刀纹被磨掉，起初出现明显的碾压光亮镜面效果。当润滑油耗尽，干摩擦使温度急剧上升，发蓝直至呈棕色，温度继续升高，金属表面变软，发生流动和粘连，表面材料发生相互转移的拖尾效应，呈泪痕状。摩擦发生时，某些材料的表面也可能会被加热后又经油淋快速冷却而局部硬化，造成滚动中局部应力集中和其它材料的加速磨损。 2.2.2 污染原因 因装配操作不当，密封性差，维护不良，杂质或轴承材料磨屑进入等，轴承工作面会被 逐渐磨损直至不能使用。 2.2.3 振动原因   轴承静止时，滚子与滚道间还未形成润滑膜，相互接触的金属之间受振动环境影响产生相对移动摩擦，有时会产生搓板条纹状印痕，微小颗粒从滚道表面剥离形成印痕，滚柱轴承产生长条凹槽，滚珠轴承产生 球状凹坑。大多情况剥离部位会氧化使印痕底部有暗红色锈迹，而滚子没有明显的损害。振动幅度的大小、持续的时间和间隙的大小都影响损害的程度，但振频与损害程度无显著关系。圆柱滚子轴承相对更易受到伤害，因为滚珠能在任何方向滚动，而滚柱只能朝一个方向滚动，其他方向则形成滑动。所以，提供振动阻尼基座、采用油浴润滑、轴承预加弹性载荷，或可能情况下采用球面滚子代替圆柱滚子等，尽量避免振动损害。 2.2.4 进出载荷区 滚动轴承运转时，载荷区的滚子受到内、外圈的压力驱动处于滚动状态，而无载荷区域的滚子并未完全形成滚动，当这部分滚子处于正在进入与尚未进入载荷时刻，处于刚性体与塑性体、滑动和滚动的混合状态，受加速、压力失圆和剧烈的搓挤，此刻若润滑油膜失效，会导致滚子和内外滚道磨损。   2.2.5 安装原因   安装圆柱滚子轴承时，滚子与保持架相连的环应加以润滑和旋转进行安装，否则滚子容易刮擦滚道，导致与滚子间距一致的横向擦痕。批量装配轴承时若采用合理的工装会非常方便。若轴承内圈与轴、外圈与轴承座配合不够紧，此种情况靠轴向压紧难以改善，运行时产生相对运动（跑套），在轴和轴承孔、轴承外表面和轴承座孔会产生磨损。 2.2.6 轴承结构 轴承挡边、角环及保持架等都容易在运行中发生摩擦，双列球面滚子轴承的中隔圈在尺寸设计上过于靠近保持架容易磨损；双支撑轴承跨度较大时，常因热膨胀释放受阻，受过大的单向轴向载荷导致滚子端部与挡边和角环的导向面发生磨损。 2.2.7 轴承质量原因 不具备资质的制造厂家所生产的轴承，结构设计不合理、材料选用不当、制造上的缺陷、质量控制不善、工艺执行不严及运输保管失误等，均可能引起轴承较快磨损。 2.3 凹痕  2.3.1 轴承拆装时施力不当、过盈配合过大、锥孔轴承轴套过度胀紧，轴承未运转时受不对称或非正常载荷，使座圈和滚子上形成凹痕，有时轴承圈上的凹痕与滚子的间距是一致的。 2.3.2 毛刺类杂质卷入滚动中座环会产生碾压凹痕，导致凹痕的粒子并不一定很硬，碎纸、纤维也可能导致这种情况。 2.4 瘢痕 推力球轴承若载荷不足情况下转速过高，离心力会把滚珠甩向滚道外侧，滚珠与滚道产生相对滑动而非正常滚动，导致滚道外侧形成倾斜的条状划擦痕迹，一般通过对轴承附加预紧载荷（如弹簧）可以避免。此外，一些轴承定位件、压紧件及随轴旋转件的各种缺陷也会在轴承上留下损伤痕迹。 2.5 腐蚀和锈蚀 暴露在空气中的轴承金属表面会产生一层很薄的氧化保护膜，但若无润滑油保护，此薄膜极易破坏，一经与水或腐蚀元素接触，就会产生腐蚀痕迹并迅速扩展。如盐水能产生电解腐蚀，一般硫酸腐蚀很快，硝液腐蚀较弱。腐蚀也可因摩擦引起氧化薄膜破坏，氧化逐渐渗透至材料内部，锈蚀处破裂形成凹坑，产生承载不均匀，载荷分布恶化。 2.6 电击 当对机械设备施焊，电流从一个轴承环经滚子流向另一个环，接触点产生高温电弧，局部材料受热产生大小不一的变色或灼伤区域，此处材料被回火、被再次硬化或融化，形成凹坑褶皱，滚动受到影响，外环滚道上的剥落会因碾压周向扩展，滚子上的灼伤有黑色或变色瘢痕。直流电和交流电都能损伤轴承，即使是很小的电流。转动着的轴承对电流损害更敏感，损伤的程度取决于电流强度、持续时间、载荷、速度和润滑。 有时电流产生的凹痕与振动引起的凹痕非常相似，一般较难区分，但是前者产生的凹痕底部深暗发黑，通常不明亮不锈蚀；而振动引起的凹痕底部较亮或带锈迹；另一个特征是振动损伤主要在滚道上，滚子上无明显损伤。 2.7 剥落 通常的轴承剥落并非疲劳已达到额定寿命，而有可能存在6种情况。 2.7.1 轴承配置选型不当，装调预载荷过大，配合过紧造成轴承运行过载荷。 2.7.2 运行轴承散热不良，材料间相互温差过大，轴承圈热变形和局部高负载会引起剥落。 2.7.3 剖分式轴承座中分面错位或连接螺栓过紧，致轴承孔失圆而形成附加载荷。 2.7.4 双支型轴承浮动端移动度受限，不能释放热膨胀引起的轴向附加载荷，导致挤压。 2.7.5 安装倾斜，定位不良或缺乏定位，内外圈不同轴，深沟球轴承直径两端造成严重的倾斜受力印痕和剥落；圆柱滚子轴承则在内圈一侧滚道边缘超载出现印痕和剥落。 2.7.6 硬粒杂质污染碾压造成剥落，其它如表面腐蚀、锈蚀、摩擦或电击损害等引起的剥落，当剥落到一定程度时，通过声音和振动的不正常可以判断出。   2.8 断裂 2.8.1 野蛮拆装，对内外环的直接锤击或以硬物敲凿都将导致裂纹或碎片脱落；球面滚子轴承装配时受敲击易造成中部法兰破裂，或撞击力由另一列滚子传递后造成另一侧内环外挡边破裂。 2.8.2 锥形内孔或胀套紧力过度，圆柱孔内圈配合过盈量过大，导致过度加热后与主轴套装过紧，造成内环上过大的附加拉应力，在运行载荷作用下容易断裂。   2.8.3 轴承内圈与主轴配合不够紧，运行中产生相对转动和摩擦，易导致内圈裂纹或横贯摩擦面的断裂。 2.8.4 深沟球轴承易产生外圈周向断裂，严重磨损锈蚀的球面滚子轴承易产生内圈横向断裂。 2.9 保持架损坏 2.9.1 剧烈振动下滚子惯性力会使保持架受冲击过载荷，保持架内部会疲劳产生裂纹，这些裂纹迟早会导致保持架破裂。 2.9.2 若轴承转速超过保持架设计强度，保持架也会因高速产生的巨大惯性力而破坏。 2.9.3 使用滚动轴承的初衷是避免滑动摩擦，但保持架和与其接触的轴承组件不可避免地会产生滑动摩擦。保持架材料相对偏软，若润滑不充分和微粒研磨，磨损相对较快，当保持架尺寸因磨损减小后，间隙增大，对滚动件的导向作用减弱，滚动会偏离正常运动轨迹，会更加速保持架失效。 2.9.4 若硬质颗粒进入保持架阻碍了滚子正常旋转，也将导致保持架失效。 2.9.5 其它原因：若轴承安装时内外环轴心偏移或轴承间隙增大，滚子以椭圆和非正常轨迹运动，那么保持架每转一圈都必定改变形状，产生附加载荷或承受剧烈加速、减速及速度波动和惯性力的影响，其内部材料迟早会因疲劳导致破损。 3 结论 总之，只要注意保护运行现场和保留失效轴承遗留物件，认真进行观察分析和不断总结积累经验，就能找到解决问题的方法和思路，从失效轴承的运行环境和损坏痕迹分析中获益。