摘 要：文章介紹了采用滾動(dòng)軸承的大中型電動(dòng)機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及其對(duì)電動(dòng)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(dòng)機(jī)；分析；軸電流；措施
某電廠一臺(tái)新電機(jī)為沈陽電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，型號(hào)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(jí)絕緣，其電機(jī)軸承為滾動(dòng)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(dòng)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(cè)溫點(diǎn)報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)增大，用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置測(cè)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(duì)電機(jī)通風(fēng)降溫，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)電機(jī)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)端NU228E、6228E 2套軸承，非驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)端軸承出現(xiàn)位移，造成轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)勢(shì)。由于軸電流或軸電壓不易測(cè)出，當(dāng)發(fā)生滾動(dòng)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(huì)測(cè)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(huì)太大；設(shè)計(jì)時(shí)選擇扇形片數(shù)與極對(duì)數(shù)關(guān)系不正確。
假設(shè)電機(jī)的極對(duì)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(huì)產(chǎn)生軸電流；當(dāng)n′為奇數(shù)時(shí)，會(huì)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(dòng)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(duì)電機(jī)滾動(dòng)軸承危害很大。??
4軸電流燒傷滾動(dòng)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(huì)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(dòng)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(huì)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(duì)滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)體將要離開原位置時(shí)，產(chǎn)生小間隙，這時(shí)會(huì)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(dòng)體繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因輾壓使燒痕壓平、壓光，所以跑道表面會(huì)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(dòng)端）的滾動(dòng)軸承與其端蓋絕緣，為此要加絕緣墊圈，并對(duì)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(dòng)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(cè)量軸承溫度均在40 ℃左右。
由于電機(jī)的軸電壓數(shù)值相對(duì)較小，在測(cè)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(cè)量中采用數(shù)字式萬用表測(cè)量負(fù)載運(yùn)行中的軸電壓，測(cè)得1.65 V。需要注意，雖然該電壓相對(duì)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(huì)對(duì)軸瓦造成嚴(yán)重傷害。通過對(duì)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(huì)效益。
