轴承损伤范文（精选4篇）
轴承损伤 第1篇
1 概述
常用的滚动轴承包括深沟球轴承、调心球轴承、角接触球轴承、圆锥 (圆柱) 滚子轴承等。带动设备运转的电机一般最高转速为2900r/min (二级电机) , 设备基本上都属于连续运转状态, 设备所输送的介质包括非腐蚀性介质 (水、热水等) 和腐蚀性介质 (氯乙烯、氯化氢、聚氯乙烯等) 。
2 润滑
滚动轴承的润滑分为脂润滑和油润滑两大类, 油润滑的使用情况更为普遍。润滑的作用主要是在滚动面上形成一层油膜, 防止各面直接接触。油润滑的主要方法有油浴法、滴油润滑法、飞溅润滑法、循环润滑法等。影响润滑的有两个主要方面, 一方面是润滑油的选择。一般情况下, 转速越快, 越要采用低粘度油, 载荷越大, 越要使用高粘度的润滑油;另一方面, 就是适当的补充润滑油。因为无论哪种润滑方式, 润滑油都有损耗以及变质的现象, 润滑油只有在一个标准的液位上才能保证正常的润滑效果。
3 运转检查
滚动轴承的使用寿命, 受制造精度、材料的均质程度以及使用的工况等诸多方面的影响, 所以即使同样材料、同样尺寸的轴承, 在完全相同的工况条件下, 寿命也会出现很大的差别。一旦轴承发生损坏, 势必机械的振动就会增大, 机械密封就会出现损坏, 输送的介质很容易就会泄漏。如果是腐蚀性介质, 就会对环境安全以及人身安全造成严重的后果。所以判断轴承的运转情况, 在化工机械领域, 就显得尤为重要。
日常我们判断轴承的运转状态, 基本上是从以下两个方面着手。
3.1 轴承运转温度
虽然滚动轴承的种类较多, 而且安装滚动轴承的设备的运转速度也不同, 再加上本身设备输送的介质温度也有很大差异, 但滚动轴承正常情况下的运转温度还是有一定的规律可循的。一般情况下, 滚动轴承的运转温度在 (所在环境温度+45℃) 这个范围之内, 如果没有专业的测量温度的仪器, 一般可以认为用手接触在轴承所在的位置可以放置住, 而不感觉强烈的灼热感就为正常。在日常的巡检过程中, 最好用便携式测温仪对轴承的温度进行监控, 一般温度发生较为剧烈的增大 (>10℃) , 就应立即对所在设备进行停车处理, 检查润滑系统是否流畅, 润滑油是否已经变质。如果都没有异常的话, 就应该怀疑是轴承本身出现了损坏。
3.2 轴承的振动
由于滚动轴承在工作时的轴承元件的载荷分布不同, 导致载荷以及相应的应力变化也不同, 所以滚动轴承在工作时势必会产生不同的机械振动。
3.2.1 振动所发出的声音是判断轴承使用情况的常见手段。
通过对轴承滚动声大小的分析以及音质的判断, 有经验的员工就可以判断出轴承是否损坏。如果轴承滚动声增大, 音质刺耳, 而且伴有周期性类似打点儿的声音, 基本就可以判断轴承出现了损坏, 而且是轴承外圈的滚道面和滚动体出现了损坏。但这种判断需要实际操作的员工具有长期的实际经验, 是需要在日常工作中逐渐积累的, 不具有普遍的操作性。
3.2.2 通过测振设备来判断轴承的使用情况。我公司常用的测
振仪器是袖珍式数字测振仪 (HG-2504) 。在测量振动时, 绝大多数情况设备的运行处于低频故障的较多, 所以将此仪器放在低频功能档位上, 可以分别测量相应点的位移 (mm) 、速度 (mm/s) 、加速度 (m/s2) 值。
3.2.2. 1 位移值即位移的峰-峰 (Dp-p) 值, 在大型中低转速的设
备中较为常见, 而且和转速有关, 由于这类设备在氯碱化工企业较少, 所以位移值只做参考, 不做为判断是否损坏的依据。
3.2.2. 2 速度值是判断设备运转情况的重要参数。
通过长期对轴承速度值的测量, 可以概括出相应设备正常的速度值的范围。一般情况下, 常用的化工设备的速度值<20mm/s。速度值在一定的时间范围内会保持在一个相对一致的状态, 也就是轴承的正常使用寿命时间;如果速度值有较大程度的增加, 相应的轴承的使用情况就处在“带病”运转状态, 应及时维修。
3.2.2. 3 加速度值也是判断设备运转情况的重要参数, 而且数值
的变化具有先兆性, 往往是加速度值增大很多以后, 位移值和速度值才会出现变化。所以如果加速度值突然增加, 意味着轴承的运转要向坏的方向发展, 有利于提前对轴承的使用情况进行预判。
4 轴承损伤
滚动轴承在运转中不考虑外界原因 (如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等) , 在运转一定时间以后, 也会出现疲劳剥落和磨损情况, 主要方式和原因如下:
4.1 疲劳剥落
这种现象在滚动轴承中很常见。主要是由于内外滚道和滚动体表面交变载荷的作用, 这种情况会造成冲击载荷、振动和噪声的加剧。这种情况, 有经验的员工可以通过噪音判断出轴承是否损坏, 当然通过测振设备的数值急剧增加也能判断。
4.2 锈蚀
即使在密封完好的情况下, 空气中的水分凝结成水滴附在轴承的表面, 以及轴承内部有电流通过时, 电流有可能通过滚道和滚动体上的接触点, 很薄的油膜引起电火花而产生电蚀, 腐蚀会在表面形成搓板状的凹凸不平。发生锈蚀的轴承由于运转表面的精度大大降低, 所以运转声音会增大, 而且常常伴有周期性打点儿的噪音。但由于噪音会掺杂在正常运转的声音中, 所以只有经过培训的有经验的员工才能判断出;如果通过测振设备进行判断, 往往是加速度值有一定的升高, 而速度值没有明显的变化。
4.3 保持架损坏
这类现象较为常见, 往往表现为轴承卡死和轴承噪音的急剧增加。现象比较容易判断, 通过噪声的升高以及测振仪器数值的急剧增加就可以判断。
4.4 小结
除了以上几种常见的轴承损伤, 还有剥离、断裂、烧伤等等损伤。但表现的形式不明显, 单纯依靠经验很难发现。即使是通过测振仪器, 也需要在一段时间内对轴承进行连续监测, 最好生成数据曲线, 通过数学的方法来判断轴承是否损坏。
结束语
剖分式圆柱轴承损伤因素分析与控制 第2篇
广钢无缝钢管厂冷轧车间的两台冷轧机KPW125VMR、KPW75VMR是进口的二手机械, 自投产使用以来, 使用状况较差, 尤其是曲轴所使用的剖分式轴承部分, 事故频发, 导致两台冷轧机停台时间长, 维修成本过高, 对生产影响非常大。经技术人员对轴承进行国产化改造, 在很大程度上降低了单个轴承的成本, 维修费用也得到了很好的控制。但由于国产轴承在制造加工精度及材料性能上不如进口轴承, 故使用寿命比进口轴承短。在轴承本身的各项性能指标不可改变的情况下, 轴承安装的好坏及对轴承是否有良好的后期保养是保证轴承使用寿命长短的首要因数。对轴承的各种损坏情况进行分析, 找出其损坏发生的原因, 并加以解决具有非常重要的意义。
2 剖分式圆柱轴承结构简介
轴承结构按安装顺序分内圈、内圈卡环、滚动部分 (含保持架, 圆柱滚珠) 、外圈。内圈剖分截面过轴承中线并与轴向成8度交角。内圈卡环对称剖分, 装配时用螺丝紧固, 卡紧内圈。滚动部分对称剖分, 装配时用销定位, 用螺丝紧固。外圈对称剖分, 截面略成“V”型, 两边用螺丝紧固, 并有两个油孔。
3 剖分式圆柱轴承的损伤情况分析
据统计, 在2006年12月到 2007年12月一年时间里, 在例检时发现轴承有不正常的噪音, 对其进行开盖检查检修, 维修的次数高达6次, 更换轴承16个, 维修费达十几万。从历次的轴承故障情况来看, 其故障表现出来主要有轴承噪音和轴承温度过高两种形式。
3.1 轴承温度过高
在轴承已失效的情况下, 拆开轴承外圈, 带手套接触滚珠表面感觉烫手 (据经验估计表面温度最高时达到了200摄氏度左右) 。这种情况通常是:润滑油质量不符合要求或变质, 润滑油粘度过高;机构装配过紧 (间隙不足) ;轴承装配过紧或过松;轴承座圈在轴上或壳内转动;负荷过大;轴承保持架或滚动体碎裂等。
3.2 轴承噪音
轴承噪音形成的原因比较复杂。其一是轴承内、外圈配合表面磨损。由于这种磨损破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系, 导致轴线偏离了正确的位置, 故轴在高速运动时产生异响。其次是当轴承疲劳时, 其表面金属剥落, 也会使轴承径向间隙增大产生异响。此外, 轴承润滑不足, 形成干摩擦, 以及轴承破碎等都会产生异常的声响。轴承过量磨损松旷后, 保持架松动损坏, 也会产生异响。
从现场分析, 轴承的损伤形式主要有以下几种:
(1) 铜保持架断裂 (见图1) 。其原因是润滑不足、滚动体破碎、座圈歪斜等。
(2) 轴承内外圈划伤和产生裂纹 (见图2) 。轴承内外圈产生裂纹的原因可能是轴承配合过紧、轴承外或内圈松动、安装轴承的表面不良等。
(3) 轴承烧伤 (见图3、图4) 。烧伤的轴承, 其滚道、滚动体上有回火色。烧伤的原因一般是润滑不足、润滑油质量不符合要求或变质、以及轴承装配过紧等。
(4) 粘附和磨粒磨损伤害。轴承零件之间相对滑动摩擦导致其表面金属不断损失。持续的磨损将使零件尺寸和形状变化, 轴承配合间隙增大, 工作表面形貌变坏, 从而丧失旋转精度, 使轴承不能正常工作。其主要原因是载荷过大、安装不良 (非直线性) 、力矩载荷大、密封情况不良使内部进了用于导轨工作面润滑的乳化液。
(5) 接触疲劳 (疲劳磨损) 损伤 (见图5) 。轴承的滚子与滚道接触面上出现不均匀的凹坑, 说明轴承产生点蚀或麻点剥落。其原因是冷轧机在工作 中存在很大的静载荷或冲击载荷, 轴承表面受到循环接触应力的反复作用而使轴承工作表面的局部应力超过材料的屈服极限产生的损伤。
4 剖分式轴承损伤的控制措施
4.1 轴承润滑
KPW125VMR和KPW75VMR冷轧机所用的剖分式轴承的润滑原则上与其它滚动轴承的润滑基本一致。因脂润滑的润滑脂兼有密封作用, 密封结构和润滑设施简单, 补充润滑脂方便等因素, 轴承采用脂润滑。轴承的工作条件比较恶劣, 其工作性能能否获得有效发挥在很大程度上取决于轴承的润滑情况。根据统计, 轴承历次损坏的60%是由于润滑不良造成的。针对以上所述的轴承失效问题, 提出以下几点改进措施:
(1) 原所用的润滑脂是通用锂基脂, 因轴承载荷大, 转速不高时, 通用锂基脂锥入度过底, 加不进油。可改为2号轧辊轴承润滑脂, 因其锥入度较前者要高, 能耐高温, 轴承的润滑效果有明显的提高。
(2) 冷轧机所用的剖分式轴承是通过轴承座外部加油的, 润滑油经过轴承座内壁油槽从轴承外圈的油孔进入到辊子组内外。因轴承外圈油孔孔径太小及加油机压力不够, 润滑油加不到轴承里面。可增开两个油孔并加大油孔孔径, 并将原驱动电机为5.5kW的加油机更换为11kW电机驱动的加油机。
(3) 制定具体的安装操作流程, 并对现场的检修人员进行管理, 防止疏忽使轴承和润滑脂在安装过程受到污染, 严禁使用已经跌落在地上的或是二次使用的油脂被重新收集再用, 特别要求钳工在装配时要注意保洁。
(4) 用轴承润滑脂填充量的估算公式来确定润滑脂更新与补充时的用量 (原来由生产工人根据个人经验判断进行更新补充) 。
具体估算公式是:
Q=0.005×D×B
式中 Q——填充量, g;
D——轴承外径, mm;
B——轴承宽度, mm。
计算得 KPW75VMR: Q=392 (g) ;
KPW125VMR: Q=703 (g) 。
又因轧机主电机设计最高工作转速为1 250r/min, 但实际工作使用的转速为400r/min左右。按两转速比考虑, 根据无锡托林顿提供的参数润滑脂的填充量占轴承内部空间的2/3为宜。即确定每次填加的润滑脂KPW75VMR为260g、KPW125VMR为460g。
经过上述改进之后, 2007年6月份到2008年6月份没有出现由于润滑不良造成轴承损坏的情况。
4.2 轴承安装
轴承的径向游隙对轴承的寿命、温度、噪音都有很大的影响。间隙太大会产生振动;间隙过小, 则磨损增大, 产生高温, 严重时产生烧死。因为剖分式滚动轴承其本身结构的因素, 决定了它不能象其它滚动轴承那样可以在安装现场通过塞尺或其它专业仪器来测定径向游隙的大小。
根据多次的安装使用情况来看, 径向游隙的大小可借用国家和轴承行业标准 (GB/T 3573—1993) 圆柱孔的球面滚子轴承的径向游隙来确定, 常规最小95μm, 最大145μm, 在现场的安装中还允许正负5%的偏差。轴承安装前, 要先测量轴承的径向游隙, 将轴承立置于平台上, 用手压住轴承外圈, 注意保持内外圈不倾斜, 左右转动内圈0.5～1圈, 使滚子稳定后, 打开剖分式外圈, 在滚珠表面放一条锡丝 (可用开关保险丝) , 合上外圈锁紧后再打开, 测量锡丝的最薄处, 然后再转动滚子组按上法沿圆周方向均匀取几处测量, 取平均值。若几个平均值小于90μm或大于150μm就将此轴承列为不合格品不用。另外轴向间隙, 间隙值可参照以下公式来大概估算:
C=@△tL+0.15
式中 C——轴承外圈与端盖间的距离, mm;
L——两边轴承中心距, mm;
@——轴材料的线澎涨, 钢:@=12×10-6℃;
t——轴承最高工作时的温度与环境温度之差, ℃。
5 轴承的判断及保养
轴承拆检后, 有些轴承整体初看完好, 但判断其是否还可用及还能用多长时间则必须充分考虑轴承的损伤程度、机械性能、重要性、运转条件等。如果有下述缺陷则不能再使用, 必须更换新轴承, 以防止增加检修的次数及影响其它工作部件。
(1) 套圈、滚动体任何一个上有断裂。
(2) 滚动道面、挡边、滚动体上有显著的卡伤。
(3) 保持架磨损显著或者铆钉显著松弛。
(4) 因热而造成的变色明显。
(5) 封入润滑脂的轴承防尘盖的破损明显。
(6) 内圈、外圈、滚动体、保持架的任何一个上有裂纹或缺口。
为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能, 须保养、检修、以求防事故于未然, 确保运转的可靠性, 提高生产性、经济性。保养要按相应机械运转条件的作业标准定期进行。内容包括监视运转状态、补充或更换润滑剂、定期拆卸的检查。作为运转中的检修事项, 如轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等等。运转中发现异常状态, 应立刻查找原因, 寻求对策。
6 结束语
通过对KPW125VMR及KPW75VMR冷轧机组中所使用的剖分式滚动轴承损坏情况的分析, 同时对安装方法等进行改进, 有效地提高了轴承的使用寿命, 从而缩短了设备的停台时间, 节约了大量的维修资金。然而, 影响轴承使用寿命的还有设备整体的不断老化, 尤其是在传动机构中各部件机械性能的下降或出现的损坏等。还有待进一步分析和解决。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册.化学工业出版社, 2004.
电厂锅炉一次风机电机轴承损伤分析 第3篇
电厂2×150MW机组的1、2号机组, 与之配套的循环流化床锅炉一次风机电机型号为YKK560-4, 额定功率1400kW, 额定电压6kV, 两台机组共用4台电机。每台电机有两盘导向轴承 (型号NU232ECM/C3) 和一盘推力轴承 (型号6232/C3) , 均为SKF公司的轴承。1号炉一次风机B电机轴承发生烧损事故, 更换烧损轴承后继续投运, 运行不到3个月, 电机出现异常声音, 振动加大。测量振速, 负荷侧轴承垂直5.7mm/s, 水平4.1mm/s, 轴向6.6mm/s。非负荷侧轴承垂直25.3mm/s、水平10.1mm/s、轴向6.7mm/s, 远超过2mm/s的正常值, 个别参数已超过7mm/s的危险值。返厂解体后发现, 电机两侧轴承损伤严重, 随后, 两台机组的另3台一次风机电机, 陆续出现异常声音, 振动加大, 问题与B电机一致, 经初步分析认为, 应属轴电流损伤轴承所致。
二、轴承损伤原因分析
返厂解体后发现, 电机两侧轴承损伤严重, 形成搓板状伤痕 (图1) 。分析后认为, 属于轴电流损伤轴承所致, 而造成一次风机B电机轴承受损的主要原因为:磁通脉动造成的轴电压累积, 使油膜击穿形成轴电流, 轴电流持续不断地对轴承内圈放电, 导致轴承滚道产生麻点, 这种损害不断扩大, 在滚道上形成搓板状伤痕。此时, 电机的异常声音非常明显, 振动达到并超过危险值。
1. 轴电流产生的原因
电机运行时, 转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫轴电压, 若轴两端通过电机机座等构成回路, 则轴电压形成轴电流。轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。一般工频电机轴电压产生的原因主要是: (1) 磁场不对称。 (2) 供电电流中有谐波。 (3) 制造、安装不好, 由于转子偏心造成气隙不匀。 (4) 可拆式定子铁芯两个半圆间有缝隙。 (5) 有扇形叠成的定子铁芯的拼片数目选择不合适。但这些原因归根到底还是磁通脉动造成的, 是制造厂在制造电机时, 由于制造的定子、转子沿铁芯圆周方向的磁阻不均, 产生与转轴交链的磁通, 从而感应出电动势。
2. 轴电流的危害
在正常情况下, 电机的轴电压较低, 轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用, 不会产生轴电流。但当轴电压较高, 或电机启动瞬间油膜未稳定形成时, 轴电压将使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。轴电流局部放电能量释放产生的高温, 可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域, 并形成凹槽, 从而产生噪声、振动, 若不能及时发现和处理, 将造成轴承烧毁。
3. 电机轴电压的限值
几乎所有的电机运转时, 或多或少都会产生轴电压, 电机所允许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流路径的阻抗等许多因素有关。因此, 轴电压的限值难以具体规定。目前, 国内或IEC还没有对轴电压或轴电流限值的明确规定。只有个别厂家或研究机构对轴电压等提出一些建议或规定。如西门子公司规定电机出厂空载轴电压要限制在350mV以内, 如果超过该值, 轴承必须绝缘。实践中, 对于滚动与滑动轴承, 通常可按表1所列范围适当掌握轴电压限值。虽然电机因各种原因产生的轴电压很低, 只有0.5～2V左右, 但因电流回路阻抗很小, 所以将有很大轴电流产生, 对电机滚动轴承危害很大。使用滚动轴承的大中型电机, 一旦发生轴承损坏事故, 在检修中要特别注意检查轴承表面痕迹。凡是轴电流引起的烧伤, 在拆除轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹, 这是轴电流对滚动轴承破坏的重要特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕, 有的甚至还有裂纹出现。
三、处理措施
1. 防止轴电流方案
轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的, 对用户而言, 无法避免。但轴电压造成损害必须具备两个条件, 一是轴电压存在, 二是轴承的绝缘 (润滑油膜) 破坏, 给轴电流提供了通路, 二者缺一不可。既然轴电压无法避免, 那就应把重点放在轴电流的防治上。由图2看出只要切断任意两个轴承 (前轴承、后轴承) 的电流通道, 闭合回路就不能形成。
2. 电机处理
根据电机状况对一次风机B电机制定修复方案: (1) 将电机非负荷侧 (后轴承侧) 的轴承端盖改为防轴电流绝缘端盖。 (2) 更换电机轴承3套, 电机外风扇和外风罩。 (3) 重新校对电机动平衡和转子外圆同心度。 (4) 电机总装出厂试验合格。
3. 绝缘端盖制品及总装
电机的绝缘端盖应有效解决电机存在的轴电流对电机轴承电腐蚀的问题, 结构包括端盖、轴承套、螺钉、轴承室。端盖、轴承套之间通过螺钉连接, 端盖和轴承套的接触面之间设有绝缘垫圈, 螺钉外设有绝缘管, 螺钉的头端和端盖之间设有绝缘垫圈, 即在端盖、轴承套、螺钉之间设有绝缘垫圈、绝缘管、绝缘垫圈, 通过螺钉将端盖和轴承套及轴承室隔开。为此, 防轴电流绝缘端盖可按以下要求生产。
(1) 5EB.012.63421端盖, 每台1件, 包括5EB.012.63420端盖1件。5EB.012.63420端盖, 每件包括8EB.012.63254盘1件, 8EB.130.64314筋9件。
(2) 5EB.018.63005轴承套每台1件。每件包括JCT170-200730-20×40000和0.2mm无碱布EW-200, F02002-200451-0.2kg191#不饱和树脂, F02002-200452-0.2kg过氧化环己酮, F02002-200453-0.2kg萘酸钴溶液, 8EB.018.63045轴承套1件。
(3) 8EB.710.63033绝缘垫圈每台4件。8EB.710.63034绝缘垫圈每台1件。8EB.770.63032绝缘管每台4件。
(4) GB 93-1987标准弹簧垫圈直径20mm, 每台4件。GB97.1-1987 (Zn12) 标准平垫圈直径20mm, 每台4件。GB 70.1-1987 (Zn12) 标准内六角螺钉M20×80mm每台4件。
绝缘端盖装配如图3所示。改造后, 电机非负荷侧 (后轴承侧) 的轴承端盖结构有较大改变, 改造前轴承端盖见图4、改造轴承端盖后见图5。
四、效果
1号炉一次风机B电机2010年3月改造投运后, 测得各项参数正常。负荷侧轴承温度59℃, 非负荷侧轴承温度44℃, 电机本体温度53℃;负荷侧轴承垂直振幅0.005mm、水平振幅0.022mm、轴向振幅0.018mm;非负荷侧轴承垂直振幅0.003mm、水平振幅0.021mm、轴向振幅0.012mm;电机本体垂直振幅0.008mm、水平振幅0.021mm、轴向振幅0.006mm。负荷侧轴承垂直振速0.4mm/s、水平振速1.6mm/s、轴向振速1.3mm/s;非负荷侧轴承垂直振速0.5mm/s、水平振速1.5mm/s、轴向振速1.3mm/s。自改造后投运以来一直保持正常参数, 生产连续运行。2010年4月对其余3台电机全部进行了改造。通过长时间的稳定运行, 证明这种方法对防治大型交流异步电机轴电流的危害是合理可行的。采用绝缘端盖时, 需要特别注意结合处因脏污短路影响绝缘, 以及固定螺钉和定位销钉等处的套管和垫片的绝缘问题。
摘要：150MW机组循环流化床锅炉一次风机4台电机, 在机组投运初期的几个月内, 陆续出现异常声音, 振动加大, 甚至有轴承烧损。主要原因是电机轴电流对电机轴承产生损伤所致, 改造电机的轴承端盖, 切断轴电流产生的通道, 解决轴电流损伤轴承的问题。
轴承损伤 第4篇
神华神东电力热电公司上湾三期工程装机容量为2×150 MW, 1号、2号机组分别于2009年10日和2009年12月投入运行。与之相配套的锅炉一次风机电动机型号为YKK560-4, 额定功率为1400 kW, 额定电压6 kV, 2台发电机组共4台风机电机。每台电动机有2导向轴承 (型号为NU232ECM/C3) 和l推力轴承 (型号为6232/C3) , 均为SKF进口轴承。在投运初期, 1号炉一次风机B电动机发生烧损事故, 更换烧损轴承继续投运。运行不到3个月, 该电机出现异常声音, 振动加大, 且声音逐步增大。测量振速 (mm/s) :负荷侧轴承垂直5.7、水平4.1、轴向6.6;非负荷侧轴承垂直25.3、水平10.1、轴向6.7。远超过M<2 (min/s) 的正常值, 个别参数已超过M≥7 (mm/s) 的危险值。返厂后进行解体后发现电机两侧轴承损伤严重, 经分析初步认为属于轴电流损伤轴承。随后2台机组的另3台一次风机电动机均陆续出现异常声音, 振动加大, 且声音逐步增大的情况, 出现问题与一次风机B电动机一致, 经初步分析认为也应属轴电流损伤轴承所致。此问题已严重影响到机组的安全、稳定运行。为此, 在2010年3月起生产厂家对1号、2号炉的4台一次风机电机依次进行改造。
2 原因分析
返厂进行解体后发现电机两侧轴承损伤严重 (如图1所示) 。经初步分析认为属于轴电流损伤轴承所致, 而造成一次风机B电动机轴承受损的主要原因为:磁通脉动造成的轴电压累积, 使油膜击穿形成轴电流, 轴电流持续不断地对轴承内圈放电, 导致轴承滚道产生麻点, 这种损害不断扩大, 在滚道上形成搓板状的伤痕。此时, 电动机的异常声音非常明显, 振动幅度达到并超过危险值。
2.1 轴电流产生的原因
电动机运行时, 转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压, 若轴两端通过电机机座等构成回路, 则轴电压形成了轴电流。轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。一般工频电机轴电压产生的原因主要是: (1) 磁场不对称; (2) 供电电流中有谐波; (3) 制造、安装不好, 由于转子偏心造成气隙不匀; (4) 可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙; (5) 有扇形叠成的定子铁心的拼片数目选择不合适等原因造成, 但这些原因归根到底还是磁通脉动造成的, 是制造厂在制造电机时, 由于制造的定子、转子沿铁心圆周方向的磁阻不均, 产生与转轴交链的磁通, 从而感应出电动势。
2.2 轴电流的危害
轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座构成闭合回路产生的。在正常情况下, 电动机的轴电压较低, 轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用, 不会产生轴电流。但当轴电压较高, 或电机起动瞬间油膜未稳定形成时, 轴电压将使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。轴电流局部放电能量释放产生的高温, 可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域, 并形成凹槽, 从而产生噪声、振动, 若不能及时发现处理将导致轴承运转性能恶化, 最终造成轴承烧毁。对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短, 轻微的可运行上千小时, 严重的甚至只能运行几个小时, 就会给现场安全生产带来极大的影响。
2.3 电机轴电压的限值
几乎所有的电机运转时或多或少都会产生轴电压, 电动机所允许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流流经路径的阻抗等许多因素有关。因此, 轴电压的限值难以具体规定。目前, 国内或IEC还没有对轴电压或轴电流限值的明确规定。只有个别厂家或研究机构对轴电压等提出一些建议或规定:如西门子公司规定电机出厂空载轴电压要限制在350 mV以内, 如果超过该值, 轴承必须绝缘。实践中, 对于滚动与滑动轴承, 通常可按表1所列范围适当掌握轴电压限值。
虽然电机因各种原因产生的轴电压很低, 只有0.5～2 V左右, 但因电流回路阻抗很小, 所以将有很大轴电流产生, 对电机滚动轴承危害很大。使用滚动轴承的大中型电机, 一旦发生轴承损坏事故, 在检修中要特别注意检查轴承表面痕迹。凡是轴电流引起的烧伤, 在拆除轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹, 这是轴电流对滚动轴承破坏的重要特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕, 有的甚至还有裂纹出现。
3 处理措施
3.1 防止轴电流方案
轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的, 对于用户而言无法避免。但轴电压造成损害必须具备2个条件:一是轴电压存在, 二是轴承的绝缘 (润滑油膜) 破坏, 给轴电流提供了通路, 二者缺一不可。既然轴电压无法避免, 就应把重点放在轴电流的防治上。由图2看出只要切断任意2只轴承 (前轴承、后轴承) 的电流通道, 闭合回路就不能形成。
3.2 电机修复
处理根据目前电机状况对1号炉一次风机B电动机制定如下修复方案: (1) 将电机非负荷侧 (后轴承侧) 的轴承端盖改为防轴电流绝缘端盖。 (2) 更换电机轴承、电机外风扇和外风罩。 (3) 电机重校动平衡和转子外圆同心度。 (4) 电机总装出厂试验合格。
3.3 绝缘端盖的制成品及总装
电机的绝缘端盖应有效解决电机存在的轴电流对电机轴承的电腐蚀的问题。其结构包括端盖、轴承套、螺钉、轴承室。端盖、轴承套之间通过螺钉连接, 端盖和轴承套的接触面之间设有绝缘垫圈, 螺钉外设有绝缘管, 螺钉的头端和端盖之间设有绝缘垫圈, 即在端盖、轴承套、螺钉之间设有绝缘垫圈、绝缘管、绝缘垫圈, 通过螺钉将端盖和轴承套及轴承室隔开。
绝缘端盖装配如图3所示。
改造后, 电机非负荷侧 (后轴承侧) 的轴承端盖结构有较大改变, 改造前后如图4所示。
4 效果
1号炉一次风机B电动机在2010年3月起改造投运后, 测得各项参数正常。温度:负荷侧轴承59℃, 非负荷侧轴承44℃, 电机本体53℃;振动 (mm) :负荷侧轴承垂直0.005、水平0.022、轴向0.018;非负荷侧轴承垂直0.003、水平0.021、轴向0.012;电机本体垂直0.008、水平0.021、轴向0.006。振速 (mm/s) :负荷侧轴承垂直0.4、水平1.6、轴向1.3;非负荷侧轴承垂直0.5、水平1.5、轴向1.3。自改造投运以来一直保持正常参数生产连续运行, 取得了良好效果。
2010年3月至4月对其余3台电动机在现场全部进行了改造, 效果明显。通过长时间的稳定运行, 证明这种方法对防治大型交流异步电动机轴电流的危害是合理可行的。另采用绝缘端盖需要特别注意结合处因脏污短路影响绝缘以及固定螺钉和定位销钉等的套管和垫片的绝缘。
摘要：神华神东电力热电公司上湾三期2×150 MW工程1号、2号锅炉一次风机的4台电动机, 在机组投运初期的几个月内, 陆续出现异常声音, 振动加大, 且声音逐步增大, 甚至有轴承烧损的情况, 已经严重影响到机组的安全、稳定运行。经分析认为其主要原因是电动机轴电流的存在对电动机轴承的损伤所致。对电动机的轴承端盖进行了改造, 切断轴电流产生的通道, 从根本上解决了轴电流损伤轴承的问题。改造后的运行实践证明, 达到了预期效果。