許凌云1，張建忠2，萬栗2，崔長永3，劉永靜3，王會峰4（1.邯峰發(fā)電廠，河北邯鄲056200；2.河北省電力試驗(yàn)研究所，河北石家莊050021；3.石家莊熱電廠，河北石家莊050041；4.邢臺機(jī)械軋輥集團(tuán)有限公司，河北邢臺054025）摘 要：文章介紹了采用滾動軸承的大中型電動機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及其對電動機(jī)軸瓦造成的損害，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)介紹了軸電流燒傷軸瓦的特征及處理方法。關(guān)鍵詞：軸承燒損；電動機(jī)；分析；軸電流；措施某電廠一臺新電機(jī)為沈陽電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，型號為YKK500－4，額定容量為800 kW，額定電壓6 kV，額定轉(zhuǎn)速1 490 r/min，額定電流94 A，F(xiàn)級絕緣，其電機(jī)軸承為滾動軸承，安裝在某爐的二次風(fēng)機(jī)上。自2002年8月24日首次投運(yùn)后，電機(jī)驅(qū)動端軸承溫度出現(xiàn)異常，至9月1日，溫度達(dá)到86 ℃，電機(jī)6個(gè)測溫點(diǎn)報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動端振動增大，用遠(yuǎn)紅外測溫裝置測量電機(jī)本體溫度為60 ℃，國產(chǎn)黃油潤滑脂大量以液體形式流出。因特殊原因，當(dāng)時(shí)該爐不能停運(yùn)，故只能采取緊急措施，用軸流風(fēng)機(jī)對電機(jī)通風(fēng)降溫，電機(jī)驅(qū)動端軸承溫度有所下降。1、檢修及試運(yùn)情況2002年9月9日，停爐后對電機(jī)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子驅(qū)動端NU228E、6228E 2套軸承嚴(yán)重過熱、變黑，軸承及軸承盒內(nèi)已無潤滑油脂，軸承盒內(nèi)套磨出0.5 mm左右的溝槽，軸承盒外蓋止口磨掉1 mm左右，軸承盒內(nèi)分布著大量黑色鐵末；同時(shí)，軸承內(nèi)套軌道存在大量麻坑，電機(jī)本體內(nèi)外存有大量溢出的黃油，非驅(qū)動端NU228E軸承內(nèi)套軌道上磨出多道劃痕。電機(jī)軸承小蓋及軸承盒磨損嚴(yán)重。由于電機(jī)有振動現(xiàn)象，軸承小蓋及軸承盒磨損也非常嚴(yán)重，當(dāng)時(shí)檢修人員認(rèn)為是轉(zhuǎn)子軸承機(jī)械配合不好。檢修中更換了轉(zhuǎn)子驅(qū)動端NU228E、6228E 2套軸承，非驅(qū)動端NU228軸承；更換了與軸承配套的耐高溫潤滑脂，重新制作了軸承盒并加裝新內(nèi)套。檢查電機(jī)通風(fēng)道未發(fā)現(xiàn)問題。檢修完畢，電機(jī)通電運(yùn)行30 min后，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端軸承溫度已達(dá)86 ℃，決定立即停運(yùn)。解體后發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)套軌道有大量麻點(diǎn)，已不能使用。2、電機(jī)軸承燒損原因分析從2次損壞的軸承內(nèi)套看，其軌道上都存在大量麻點(diǎn)。仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這些麻點(diǎn)都是由放電產(chǎn)生。引起放電的原因是電機(jī)轉(zhuǎn)子存在較大軸電壓，在此電壓下電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的軸電流，電流通過轉(zhuǎn)子和軸承時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象，使軸承內(nèi)套產(chǎn)生麻點(diǎn)。麻點(diǎn)又使軸承與轉(zhuǎn)子間的摩擦阻力加大，軸承溫度迅速上升。在電機(jī)首次投運(yùn)后，曾出現(xiàn)軸承溫度異�，F(xiàn)象，此溫度異常與軸電流引起的麻點(diǎn)有關(guān)，溫度升高造成了軸承盒與軸承外套配合出現(xiàn)問題，引起軸承與軸承外套相對運(yùn)動并磨損軸承盒外蓋和內(nèi)套；同時(shí)也使得軸承溫度繼續(xù)升高，黃油受熱熔化溢出。由于磨損嚴(yán)重，電機(jī)驅(qū)動端軸承出現(xiàn)位移，造成轉(zhuǎn)子驅(qū)動端與非驅(qū)動端不同心，軸承徑向受力不均，致使軸承滾柱與內(nèi)套磨出劃痕。在第一次檢修時(shí)，由于軸承小蓋及軸承盒磨損非常嚴(yán)重，電機(jī)振動明顯，機(jī)械劃傷的痕跡掩蓋了大部分放電麻點(diǎn)，再加上軸電流在電機(jī)軸承上引起的燒損事故較少，從而使檢修人員忽略了軸電流的存在。由于滾動軸承維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，因此在中小型電機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。但隨著滾動軸承制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代中型、大型電機(jī)在制造時(shí)也多采用滾動軸承。實(shí)際上，采用此種軸承的大、中型電機(jī)，只要有軸電流存在，滾動軸承的使用壽命就極其短暫。有的運(yùn)行1～2月，有的運(yùn)行幾d甚至幾h便出現(xiàn)軸承溫度高、振動或噪音。因此，必須高度重視此類新投入運(yùn)行的大、中型電機(jī)的軸電流。3、產(chǎn)生軸電流的原因造成產(chǎn)生軸電流的原因之一是制造廠在制造電機(jī)時(shí)，由于制造的定子、轉(zhuǎn)子沿鐵芯圓周方向的磁阻不均，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸交鏈的磁通，從而感應(yīng)出電動勢。由于軸電流或軸電壓不易測出，當(dāng)發(fā)生滾動軸承燒損事故時(shí)，一時(shí)找不到原因。但當(dāng)用帶有絕緣圈的特制軸承套更換原軸承套后，便會測出軸電壓，才能發(fā)覺到電機(jī)有軸電流產(chǎn)生。軸電流產(chǎn)生的原因有：由于磁路磁場不平衡，有與轉(zhuǎn)軸相交鏈的旋轉(zhuǎn)磁通存在；當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地故障，有接地電流產(chǎn)生時(shí)；轉(zhuǎn)軸上有剩余磁通，起單極發(fā)電機(jī)作用；鐵芯材料方向性引起磁路的磁阻不均；由靜電引起，但一般靜電電流較小，作用不會太大；設(shè)計(jì)時(shí)選擇扇形片數(shù)與極對數(shù)關(guān)系不正確。假設(shè)電機(jī)的極對數(shù)為p，定子鐵芯接縫數(shù)為n，則分?jǐn)?shù)n/ p約分后為n′/ p′，當(dāng)n′為偶數(shù)時(shí)，不會產(chǎn)生軸電流；當(dāng)n′為奇數(shù)時(shí)，會產(chǎn)生頻率為fn′的軸電流。這里的f為電機(jī)電源頻率。比如電源頻率為50 Hz、4極電動機(jī)，它的定子沖片接縫數(shù)為6，則n/p = 6/2 = 3/1。n′＝3是奇數(shù)，故該電機(jī)就有軸電流產(chǎn)生。軸電流頻率為fn′＝50 Hz×3＝150 Hz。雖然電機(jī)因各種原因產(chǎn)生的軸電壓很低，只有0.5～2 V左右，但因電流回路阻抗很小，所以將有很大軸電流產(chǎn)生，對電機(jī)滾動軸承危害很大。4、軸電流燒傷滾動軸承的特征有時(shí)軸電流作用在電機(jī)軸承上引起軸承燒損的事故不會引起人們的注意。在發(fā)生軸承燒損事故時(shí)，往往只注意從機(jī)械配合方面考慮。更換新軸承后，因?yàn)殡姍C(jī)的軸電流并沒有消除，又引起軸承燒損事故，造成不必要的損失。使用滾動軸承的大、中型電機(jī)，一旦發(fā)生軸承損壞事故，在檢修中要特別注意檢查軸承表面痕跡。凡是軸電流引起的燒傷，在拆出軸承檢查時(shí)會發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈跑道上有像搓板樣的條形燒傷痕跡，這是軸電流對滾動軸承破壞的共同特征。同時(shí)其表面還伴有麻點(diǎn)、傷痕，有的甚至還有裂紋出現(xiàn)。同時(shí)，電機(jī)軸承溫度上升很快，并伴有潤滑油脂流出。造成搓板樣的燒痕是由于滾柱或滾珠在軸承圈的跑道上滾動和輾壓跑道時(shí)，在輾壓接觸地方，接觸電阻很小，并將潤滑脂擠向兩側(cè)，當(dāng)滾動體將要離開原位置時(shí)，產(chǎn)生小間隙，這時(shí)會有放電現(xiàn)象產(chǎn)生，類似于電火花作用和影響，將跑道表面燒成線條狀痕跡。線條的個(gè)數(shù)與軸電流頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速和軸承內(nèi)狀況有關(guān)。當(dāng)后來的滾動體繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動時(shí)，因輾壓使燒痕壓平、壓光，所以跑道表面會出現(xiàn)光亮。5、改進(jìn)措施當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)軸電流后，必須采取措施將其消除。簡單的方法是將電機(jī)一端（一般在驅(qū)動端）的滾動軸承與其端蓋絕緣，為此要加絕緣墊圈，并對軸承的固定螺栓進(jìn)行絕緣，以隔斷軸電流的通路。具體方法如下：用車床將原軸承套外徑車深6～8 mm，并在軸承套上滾花。軸承套凸緣部分車薄2 mm。然后用無緯玻璃絲帶或“H－4”膠浸玻璃絲帶包軸承套的外圓，做出的外徑尺寸比原外徑尺寸大2～3 mm。將其放在130±5 ℃烘爐內(nèi)烘24 h，再用車床將軸承外套及其上形成的玻璃鋼車至原軸承套尺寸；用2 mm的環(huán)氧玻璃布板制成墊圈，其內(nèi)圓等于軸承套外徑，外圓比軸承套最大外圓大2 mm，將其套在軸承套的凸緣上；同時(shí)將固定軸承套的螺桿加上絕緣套和絕緣墊圈。最后，將軸承安裝在電機(jī)上，就把軸電流與電機(jī)端蓋的回路完全隔斷了。如果不用“H－4”膠涂敷，也可采用6101環(huán)氧樹脂100份、二酊脂15份、乙二胺6～8份、石英粉50份的配方配制環(huán)氧膠。將環(huán)氧膠和玻璃絲帶一層一層涂抹在軸承外套上，起到絕緣作用，注意留出車床加工余量，等其固化后再車成所需配合的尺寸。6、改進(jìn)后運(yùn)行情況該電廠電機(jī)驅(qū)動端軸承經(jīng)絕緣處理后先空載試運(yùn)行了1 h。解體檢查一切正常，隨后帶負(fù)載運(yùn)行，4 h、10 h后分別測量軸承溫度均在40 ℃左右。由于電機(jī)的軸電壓數(shù)值相對較小，在測量軸電壓時(shí)應(yīng)采用高內(nèi)阻電壓表，如真空管、晶體管電壓表或數(shù)字式萬用表。在此次測量中采用數(shù)字式萬用表測量負(fù)載運(yùn)行中的軸電壓，測得1.65 V。需要注意，雖然該電壓相對較小，但因其回路電阻極小，軸電流值能達(dá)到十幾A到幾十A，會對軸瓦造成嚴(yán)重傷害。通過對該電機(jī)軸承的改造，消除了軸電流，至今運(yùn)行良好，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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