高壓電動機(jī)滾動軸承發(fā)熱與損壞的處理

　　高壓電動機(jī)在各生產(chǎn)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著主要的動力，一旦發(fā)生故障，可嚴(yán)重影響到整個生產(chǎn)過程。在發(fā)電系統(tǒng)的高壓電動機(jī)，發(fā)生故障可嚴(yán)重影響到發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。近年來，隨著電機(jī)產(chǎn)品的不斷改進(jìn)和發(fā)展，電機(jī)的電氣故障大大減少，但是因軸承損壞而造成電機(jī)的故障還有很多。根據(jù)對電機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)，因軸承損壞而造成的電機(jī)故障，約占了電機(jī)全部故障的70%以上。

　　一、電動機(jī)軸承故障分析：

　　高壓電動機(jī)軸承發(fā)熱損壞故障的主要原因有：1、軸承運(yùn)行中的維護(hù)問題； 2、軸承與潤滑的問題；3、軸承的檢修與安裝問題； 4、電機(jī)缺陷或機(jī)械對軸承的影響問題；5、軸承的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)問題。

　　對于正常運(yùn)行的電動機(jī)，當(dāng)軸承發(fā)熱嚴(yán)重或發(fā)生故障時，一般原因是軸承的維護(hù)問題或軸承是否已到了更換的周期，因?yàn)檩S承的正常維護(hù)是保證和提高軸承壽命的一個重要手段。

　　對于檢修后的電動機(jī)，當(dāng)軸承發(fā)熱嚴(yán)重或發(fā)生故障時，一般原因是軸承的拆裝對電機(jī)的零部件或新軸承造成了損傷，新軸承的選用不當(dāng)或潤滑脂的使用問題。

　　對于運(yùn)行一個階段的電動機(jī)，當(dāng)軸承發(fā)熱嚴(yán)重或發(fā)生故障時，一般原因是因?yàn)殡姍C(jī)的長期運(yùn)行，使電機(jī)的某些零部件變形、定轉(zhuǎn)子位移、電機(jī)的振動以及所拖動的機(jī)械對電機(jī)的影響等原因，而造成了電機(jī)軸承的發(fā)熱和損壞。

　　對于軸承一直發(fā)熱損壞的電動機(jī)，其原因往往是多方面的綜合因素。當(dāng)排除了以上幾種原因而仍然不能消除軸承的故障，此時應(yīng)考慮該電機(jī)在出廠設(shè)計(jì)方面是否存在不足。

　　1、 軸承的選用問題：

　　早期的高壓電機(jī)和現(xiàn)在的部分高壓電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)是，負(fù)側(cè)為“圓柱滾子軸承”，空側(cè)為“向心推力球軸承”。在電機(jī)的運(yùn)行中，因?yàn)闇囟鹊淖兓?，轉(zhuǎn)子的長度也在變化，因?yàn)榭諅?cè)的軸承屬定位軸承，所以轉(zhuǎn)子長度的變化即由負(fù)側(cè)的“滾子軸承”予以調(diào)整。此種結(jié)構(gòu)如果電機(jī)與機(jī)械的連接為“彈性聯(lián)軸器”，對電機(jī)的影響不大，但如果是“剛性聯(lián)軸器”則很容易造成電機(jī)的振動和軸承的發(fā)熱甚至損壞。

　　部分高壓電機(jī)的軸承采用的是“中型滾子軸承”，該軸承的徑向承載能力大大超過計(jì)算值，但軸承的允許轉(zhuǎn)速則與電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相差很少甚至不夠。例一，Y560-4-1250KW的高壓電機(jī)，其結(jié)構(gòu)負(fù)側(cè)為雙軸承，外軸承是#N332中型滾子軸承，內(nèi)軸承是#6332深溝球軸承，空側(cè)同樣是#N332軸承。根據(jù)軸承的數(shù)據(jù)規(guī)范，#N332進(jìn)口軸承的允許轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，而國產(chǎn)軸承僅為1400/轉(zhuǎn)，這既是造成軸承發(fā)熱、損壞的主要原因。另外，負(fù)側(cè)雙軸承結(jié)構(gòu)的高壓電機(jī)其軸承的運(yùn)行溫度一般偏高。因?yàn)殡p軸承結(jié)構(gòu)的端蓋、軸承套等部件的軸向尺寸過大，其零部件加工時的形位公差要求嚴(yán)格，如果超差過大，即可使軸承在旋轉(zhuǎn)中承受額外的負(fù)載，造成軸承的發(fā)熱和損壞。

　　部分高壓電機(jī)的定位側(cè)軸承采用了“雙列調(diào)心式滾子軸承”，該軸承的優(yōu)點(diǎn)是，可消除電機(jī)端蓋、軸承套等部件所產(chǎn)生的形位差，保證轉(zhuǎn)子運(yùn)行的穩(wěn)定，但是該軸承只能承受較輕的軸向負(fù)荷。電機(jī)靜、轉(zhuǎn)子磁極中心的誤差，轉(zhuǎn)子在熱脹冷縮變化下所造成磁極中心的位移，機(jī)械對電機(jī)的影響等原因，都可造成電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力的產(chǎn)生。在軸向力大于了該軸承所承擔(dān)的范圍，即可造成軸承的損壞。

　　2、軸承附件的結(jié)構(gòu)問題：

　　早期高壓電機(jī)的軸承附件結(jié)構(gòu)，大部分是采用的軸承套和內(nèi)、外油蓋的結(jié)構(gòu)，無防塵裝置。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡單，缺點(diǎn)是密封差，電機(jī)內(nèi)、外部的灰塵很容易進(jìn)入到軸承內(nèi)部，加速了軸承的磨損而損壞。

　　部分高壓電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)，在軸承的外側(cè)裝有距軸承間隙很小的擋油盤，這樣看似可使軸承的潤滑脂保持充足，但是也存在著很多缺點(diǎn)：不利于軸承的散熱和潤滑脂的循環(huán)，使軸承在運(yùn)行中的溫度過高；電機(jī)小修時無法對軸承進(jìn)行檢查，電機(jī)大修時無法清洗檢查軸承，只有更換，造成不必要的浪費(fèi)；因檢修和軸承的更換，容易造成擋油盤的松動，使其在運(yùn)行中產(chǎn)生異音或從軸上脫出，造成嚴(yán)重的故障。

　　部分高壓電機(jī)采用了端蓋、軸承套為一體的結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)的電機(jī)端蓋在加工時要求的形位公差較為嚴(yán)格，尤其是雙軸承的結(jié)構(gòu)，其軸向尺寸較大，如果超出了軸承間隙所允許的范圍，即可造成軸承的發(fā)熱和損壞。

　　目前大部分的高壓電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)均加裝了軸承的密封裝置，但與某些運(yùn)行良好的進(jìn)口電機(jī)相比較，還存在軸承油室過小、潤滑脂的排出結(jié)構(gòu)不良、和軸承定位及散熱方面的欠缺。

　　二、電動機(jī)軸承故障處理：

　　（一）對于正常運(yùn)行的電動機(jī)，應(yīng)重點(diǎn)分析軸承的維護(hù)問題和軸承的更換周期。

由潤滑脂潤滑的軸承，一般在2000小時左右應(yīng)對軸承進(jìn)行一次潤滑脂的補(bǔ)充，根據(jù)軸承的大小補(bǔ)充適量的潤滑脂。在電機(jī)的小修時，應(yīng)盡可能地打開軸承蓋，更換新的潤滑脂。在潤滑脂的補(bǔ)充或部分更換時，應(yīng)注意用相同牌號的潤滑脂，否則因?yàn)榛瘜W(xué)的反應(yīng)而使?jié)櫥プ饔?，造成軸承的損壞。

　　對于檢修后的電動機(jī)。在電機(jī)的大修時，大部分軸承進(jìn)行更換。所以在軸承的更換時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，否則在電機(jī)檢修后因?yàn)檩S承的裝配或零部件的尺寸問題而造成軸承的損壞。

　　1、舊軸承在拆卸時應(yīng)盡量采用加熱的方法，避免對軸的損壞。

　　2、舊軸承拆下后，應(yīng)測量、校核該處的軸徑和軸承室內(nèi)孔，并符合電機(jī)設(shè)計(jì)時的公差。如果軸徑的公差超標(biāo)，可能造成軸承間隙過小而發(fā)熱或造成軸承在運(yùn)行中從軸上脫出的故障，如果軸承室內(nèi)孔的公差超標(biāo)，則可能造成軸承不易安裝或運(yùn)行中產(chǎn)生異音。

　　3、測量、校核軸承室的厚度、軸承蓋止口長度尺寸，計(jì)算出軸承在軸承室內(nèi)是否保證軸向的穩(wěn)定。尤其是定位側(cè)軸承，軸承良好的軸向定位是保證電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定的一個重要條件，否則可造成電機(jī)運(yùn)行中的振動或異音。

　　4、新軸承安裝前應(yīng)使用潤滑油或軸承加熱器進(jìn)行加熱，加熱溫度100℃至105℃時安裝，如不到位時，應(yīng)使用合適的軸套或紫銅棒均勻的敲擊軸承的內(nèi)套到位，注意不能使?jié)L珠和保持器吃力，以免造成軸承的損壞。

　　5、滾動軸承是精度比較高的，其內(nèi)外圓的直徑尺寸誤差一般在10μm以內(nèi)，硬度在60HRC左右。高壓電機(jī)所使用的軸承，保持器的材料一般是鋼和銅的較多，鋼保持器（后置代號F1）的優(yōu)點(diǎn)是耐磨性強(qiáng)，在軸承的溫度過高時不容易產(chǎn)生金屬粉狀。銅保持器（后置代號M）的軸承因材料性能的原因，在旋轉(zhuǎn)中更加穩(wěn)定，并且噪音小。軸承的徑向間隙一般選用稍大于標(biāo)準(zhǔn)間隙（后置代號C3）的軸承。一般電機(jī)的軸承與軸是過贏配合，部分電機(jī)的軸承與軸承室也為過贏配合，這樣即可使軸承的徑向間隙減小，造成軸承運(yùn)行中發(fā)熱。所以電機(jī)的軸承一般應(yīng)選后置代號為（M / C3）的較為合適。

　　6、電機(jī)使用于不同的環(huán)境應(yīng)用不同的潤滑材料，潤滑油潤滑的軸承和特殊環(huán)境下的電機(jī)，一般都有特殊的要求。目前因電機(jī)絕緣強(qiáng)度的提高，其電機(jī)的運(yùn)行溫度也提高了很多，這就要求電機(jī)軸承所使用的潤滑脂，其允許溫度也應(yīng)提高。尤其是冷卻方式為空側(cè)進(jìn)風(fēng)負(fù)側(cè)出風(fēng)的電機(jī)，負(fù)側(cè)的溫度就偏高，如果使用了允許溫度過小于的潤滑脂，往往在軸承溫度過高時，潤滑脂碳化而失去作用，造成軸承的嚴(yán)重?fù)p壞。所以，電機(jī)軸承所使用的潤滑脂，一般應(yīng)在-20℃～120℃以上的范圍。

　　（二）對于運(yùn)行一個階段的電動機(jī)，應(yīng)考慮電機(jī)零部件變形、定轉(zhuǎn)子位移、電機(jī)振動及所拖動的機(jī)械對電機(jī)的影響等原因。

　　1、因零部件的變形而造成尺寸公差、形位公差的超標(biāo)，即對軸承造成影響；電機(jī)靜、轉(zhuǎn)子磁極中心偏差過大，則可造成定位側(cè)軸承發(fā)熱甚至損壞。所以對軸承損壞較多的電機(jī)，在解體時應(yīng)首先打開非定位側(cè)，檢查靜、轉(zhuǎn)子的軸向鐵芯位置是否正確，如果誤差過大，應(yīng)修正加工零部件或采用墊片的方式予以調(diào)整。對軸承的主要部件（軸承套）應(yīng)進(jìn)行尺寸公差和形位公差的測量，必要時應(yīng)進(jìn)行更換。

　　2、電機(jī)運(yùn)行中如果振動過大，在電機(jī)解體后應(yīng)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡校驗(yàn)，保證了轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中的穩(wěn)定，可大大延長軸承的使用壽命。

　　3、電機(jī)所帶動的機(jī)械對電機(jī)軸承的影響也是一個重要因素。如果電機(jī)與機(jī)械的聯(lián)軸器為彈性連接，其影響不是太大。但如果是鋼性連接則應(yīng)分析其電機(jī)的結(jié)構(gòu)，如果定位側(cè)在空側(cè)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱脹冷縮，可造成電機(jī)空側(cè)軸承的軸向負(fù)荷過大而損壞。

　　對于軸承一直發(fā)熱損壞的電動機(jī)，則考慮是否應(yīng)對電機(jī)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的改造。高壓電機(jī)的軸承故障因素很多，往往故障的現(xiàn)象相同而主要矛盾是不同的。參照某些進(jìn)口的而不易發(fā)生軸承故障的高壓電動機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)其軸承結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)點(diǎn)，對照常發(fā)生軸承故障的電機(jī)，找出結(jié)構(gòu)上的不足進(jìn)行改造。其改造設(shè)計(jì)的原則如下：

　　1、首先根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率與負(fù)載，確定軸承的正確選用。在允許的情況下，應(yīng)盡量將負(fù)側(cè)改為“深溝球軸承”，空側(cè)可采用與負(fù)側(cè)相同軸徑的“輕型滾子軸承”。這樣可使電機(jī)轉(zhuǎn)子在冷、熱狀態(tài)的長度變化時，其軸向伸縮位移在空側(cè)，確保電機(jī)與機(jī)械連接處的定位。

　　2、盡量加大軸承油室，也就是將軸承外油蓋軸向尺寸盡量加大。改造軸承外油蓋時，可根據(jù)電機(jī)軸向的實(shí)際尺寸，如果軸向空間允許，一般可將外蓋內(nèi)的軸向空間尺寸加大至軸承外徑的1/4左右為適，這樣可使電機(jī)軸承運(yùn)行溫度下降。在軸承外蓋改造的同時，對潤滑脂的加、放油孔同時進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、改造。

　　3、如果在軸承的改造中轉(zhuǎn)子需要進(jìn)行機(jī)械加工時，最好在轉(zhuǎn)子軸承檔外側(cè)加工成細(xì)螺紋，利用開槽式定位螺母和19齒鎖墊（見右圖）將軸承進(jìn)行軸向固定。據(jù)分析，此結(jié)構(gòu)不但可起到軸承良好的定位作用，而且可在軸承的旋轉(zhuǎn)中起到散熱、冷卻的作用，使軸承溫度進(jìn)一步降低。

　　4、在軸承蓋改造的同時，應(yīng)盡量在軸承蓋的外側(cè)設(shè)計(jì)加裝鋁合金密封蓋。對于IP44以上全封閉式電機(jī)，可只對外軸承蓋加裝，對于IP23的電機(jī)，應(yīng)該對內(nèi)、外軸承蓋全部加裝密封蓋，確保軸承內(nèi)部的清潔。根據(jù)部分進(jìn)口高壓電機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，密封蓋采用“鋁合金梯形槽”的密封效果較好，而且該密封的結(jié)構(gòu)簡單（見右圖），與軸承蓋組裝為一體，在電動機(jī)的檢修時可不必拆卸。另外，該密封蓋的內(nèi)孔與軸可設(shè)計(jì)為較小的間隙，如果與軸有微小的磨擦而不至造成故障。

　　5、根據(jù)外軸承蓋改造所設(shè)計(jì)的加、放油孔，制做、安裝潤滑脂排油良好的裝置，保證在電機(jī)的運(yùn)行中對軸承進(jìn)行加、排油的維護(hù)工作。

　　綜合以上對軸承及附件的改造，對于不同的電機(jī)結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)不同的改造方案。根據(jù)對常發(fā)生軸承故障的高壓電動機(jī)改造經(jīng)驗(yàn)看，所達(dá)到以上改造的項(xiàng)目越多，對于軸承故障的處理越好，全部改造的典型結(jié)構(gòu)（見右圖）。當(dāng)然，在電機(jī)的改造中，要根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸等實(shí)際情況進(jìn)行。用簡單的改造方案能解決了電機(jī)軸承發(fā)熱、損壞的問題，可不必對電機(jī)進(jìn)行大的改造。例某電機(jī)軸承發(fā)熱、損壞的主要問題是油室過小而造成，則可只進(jìn)行軸承外蓋的改造。某電機(jī)因軸承擋油盤而造成的軸承發(fā)熱，則只對擋油盤進(jìn)行改造，以解決主要的問題，達(dá)到事半功倍。

　　總之，電機(jī)的種類繁多，故障也是不同的。綜上所述，軸承的選用、附件的結(jié)構(gòu)、軸承的質(zhì)量、潤滑脂的使用、檢修的質(zhì)量、電機(jī)的缺陷、維護(hù)的問題及機(jī)械的影響等，都是造成電機(jī)軸承發(fā)熱、損壞的因素。有的電機(jī)運(yùn)行中軸承發(fā)熱嚴(yán)重，因不能停機(jī)處理，即采用通風(fēng)機(jī)降溫、淋水降溫或外表通水降溫措施，這樣看似解決了軸承的發(fā)熱，但是沒有解決軸承發(fā)熱的根本。在發(fā)生了電機(jī)軸承故障后，往往進(jìn)行了軸承的更換或更換了高質(zhì)量的潤滑脂，或?qū)Ρ煌蟿拥臋C(jī)械做了一定的工作，或加強(qiáng)了運(yùn)行中的軸承加油維護(hù)次數(shù)等工作后，軸承的故障減少了，為此認(rèn)為是找到了軸承故障損壞的原因。但是往往有些電機(jī)軸承的故障，就像病人得了需要手術(shù)的病相似。使用好的藥物并保證每天的治療，往往可控制病情的發(fā)展。但是，要徹底去掉病根，使病人完全康復(fù)，還是需要進(jìn)行手術(shù)，去掉病原或者更換器官，這也就是電機(jī)軸承改造的目的。根據(jù)多年來處理高壓電機(jī)滾動軸承發(fā)熱損壞故障的經(jīng)驗(yàn)，對于這類軸承一直發(fā)熱損壞的電動機(jī)，從根本上改變了電機(jī)軸承的結(jié)構(gòu)或軸承附件的結(jié)構(gòu)后，徹底解決了電機(jī)軸承的故障，收到了良好的效果。（作者：華能濟(jì)南黃臺發(fā)電有限公司電機(jī)高級技師 劉興利）

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