中型低壓大功率電機軸承溫升測試及修理措施

陳金剛

(山東德州恒力電機有限責(zé)任公司，山東德州 253002)

0 前言

電機是完成和保證機組正常運行的主要動力源，所以當(dāng)電機發(fā)生故障時其帶來的損失相當(dāng)大，尤其是中型電機，可嚴(yán)重影響到機組的安全運行。由于中型 (機座號:H355～560)電機功率、體積大，更換維修比較困難，所以對電機質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。除做通常的出廠試驗項目外，對電機的振動、噪音、軸承溫升都有一定要求，其中軸承溫升測試由于沒有統(tǒng)一的運轉(zhuǎn)測試標(biāo)準(zhǔn)，測試方法和合格判定比較模糊。本文根據(jù)電機試驗中的軸承溫升走勢圖做一下說明。

1 中型電機軸承溫度測量方法和測溫的基本規(guī)律

電機試驗大綱規(guī)程規(guī)定，負(fù)載運行時滾動軸承最高溫度不超過95℃，滑動軸承最高溫度不超過80℃。并且溫升不超過55℃ (溫升為軸承溫度減去測試時的環(huán)境溫度);如果滾動軸承在超過95℃的溫度下長期運轉(zhuǎn)會顯著降低軸承壽命。

軸承的溫度，一般由軸承室外面的溫度就可推測出來。出廠檢測時，軸伸端直接用測溫槍近距離(距測試點50～100 mm左右)測試軸承外小蓋溫度?；鶞?zhǔn)點選在外小蓋與內(nèi)小蓋連接螺栓同心圓周上，因此處與電機端蓋緊密接觸，軸承所產(chǎn)生的熱量經(jīng)軸承室最先傳到?；鶞?zhǔn)點不應(yīng)選在軸與外小蓋的孔徑配合處，因中型電機此處裝有密封圈，與軸摩擦，開始運行時容易產(chǎn)生虛熱，造成測量上的錯覺。對于IP44、外風(fēng)扇、自冷式電機，由于后端有風(fēng)葉、風(fēng)罩，一般通過風(fēng)罩處注油孔進行溫度測量，此時測溫槍距離電機較遠(yuǎn)，難以找準(zhǔn)測量部位，一般多角度測量，取最高點為后軸承記錄溫度。經(jīng)多次測量比較，在注油孔處所測軸承溫度數(shù)值與實際溫度之間存在很大差別，比停機去風(fēng)罩后近距離測軸承外小蓋處溫度低10℃左右。精確測量通常利用測溫傳感元件通過油孔直接測量軸承外圈溫度，測量更加準(zhǔn)確，測量安裝裝置示意圖如圖1所示。

圖1 電動機測溫裝置示意圖

中型電機進行運轉(zhuǎn)時，每15 min測一次軸承溫度，一般軸承溫升合格的電機，在開始30 min內(nèi)，軸承溫度變化較快，大約溫升在20～30℃;30～60 min之間溫升變緩，正常情況下在10℃左右;60～90 min之間溫度升幅更小，一般不會超過5℃;90～120 min之間溫升趨向穩(wěn)定，此時每隔15 min溫升在1～2℃;120～180 min時，溫度基本達(dá)到穩(wěn)定，此時即使有溫升，每隔15 min溫升在0.5～1℃浮動;180 min以后，如果電機溫升合格，軸承溫度不會再升高或呈現(xiàn)下降趨勢，如圖2。

圖2 Y355M－4－H(S)立式電機軸承溫升試驗走勢圖

如果電機軸承溫升存在問題，則電機在90～120 min之間溫升增幅一般不會減慢，并有上升趨勢，即使出現(xiàn)暫時的減緩，在120～180 min時溫升也會重新加大增幅。對于立式電機，后軸承溫升增幅明顯高于前軸承，如果后軸承溫度達(dá)到80℃以上，應(yīng)隨時測量后軸承溫度，并準(zhǔn)備停機，軸承溫度達(dá)到90℃時，應(yīng)立即停止運轉(zhuǎn)，進行修理，以防電機后軸承抱死。

2 中型臥式電機軸承溫升走勢規(guī)律

對臥式電機正常運轉(zhuǎn)的情況下，兩端為球軸承時，軸承溫升要比軸伸端為柱軸承的電機低。因柱軸承運轉(zhuǎn)時為線接觸，球軸承為點接觸，柱軸承滾動運轉(zhuǎn)過程中比球軸承摩擦產(chǎn)生的熱量多。H355～560臥式電機運行30 min時，前后軸承溫度趨向穩(wěn)定，運轉(zhuǎn)2 h，一般球軸承溫升30℃左右，柱軸承溫升40～50℃左右。軸承溫升走勢如圖3。如果溫升過高，說明軸承油脂過多，或軸承本身存在問題，或零部件配合問題使軸承受其它外力，需進行修理。當(dāng)兩端軸承溫度均高時，通常是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱量膨脹后，帶動軸承內(nèi)圈向外移動，機殼由于在外面，散熱性能好，溫升較慢，膨脹量小，軸承外圈受軸承外小蓋的限制，無法移動，造成軸承的軸向游隙減小，摩擦力加大，產(chǎn)生熱量增多，如果不進行處理，長時間運轉(zhuǎn)，球軸承一端就會抱死。此時一般車兩端軸承外小蓋內(nèi)孔徑和止口，增大軸承的軸向位移量和徑向間隙，使軸承內(nèi)外圈的中心線重合，以保證軸承運行間隙。

圖3 Y400L－8－H臥式電機軸承溫升試驗走勢圖

3 中型立式電機軸承溫升走勢規(guī)律

H355～560立式電機，一般上端為球軸承，下端為角接觸球軸承，運轉(zhuǎn)過程中，下端軸承受轉(zhuǎn)子本身質(zhì)量的軸向力，上端軸承不受軸向力。當(dāng)電機運轉(zhuǎn)一段時間后，定轉(zhuǎn)子受熱膨脹，轉(zhuǎn)子膨脹后帶動軸承內(nèi)圈向外移動，定子機殼由于在外面，散熱性能好，膨脹量要比轉(zhuǎn)子小。下端角接觸軸承可承受一定的軸向力，而上端球軸承受軸向力后，如果轉(zhuǎn)子軸向位移受到限制，軸承軸向間隙趨向于零，運轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生熱量增多，如果處理不及時，上端軸承就會抱死。不合格軸承溫升電機走勢圖如圖4。

電機拆開后，經(jīng)測量，各零部件加工尺寸均在公差范圍以內(nèi)，車上端軸承內(nèi)外小蓋止口和軸承室內(nèi)孔，擴大軸承室尺寸，增加軸承外圈在軸承室內(nèi)的軸向活動范圍，使電機溫度升高后軸承外圈和內(nèi)圈的中心線仍重合，以保證上端軸承不受軸向力。電機經(jīng)修理后，重新進行軸承溫升測試，試驗合格，電機軸承溫升走勢如圖5。

圖4 Y400L－4－H(S)立式電機軸承溫升走勢圖

圖5 Y400M3－4－H(S)立式電機軸承溫升試驗走勢圖

4 中型電機軸承溫升高應(yīng)注意的因素及修理措施

軸承溫度高的原因與電機各零部件的配合密切相關(guān)，關(guān)鍵零部件的尺寸直接影響軸承的運行間隙。高度重視機械加工質(zhì)量、軸承安裝質(zhì)量、總裝環(huán)境的清潔，以保證軸承在良好的狀態(tài)下運行，這些都是避免電機軸承溫升增高的良好做法。一般來說，軸承的內(nèi)、外套在軸和軸承室之間不應(yīng)發(fā)生有害的相對滑動，但從目前通用軸承與零件間隙尺寸公差設(shè)計來看，當(dāng)軸承室實際尺寸正好在下偏差時，容易導(dǎo)致過盈量大的緊配合。電機運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流，溫度升高，熱量通過軸傳到軸承內(nèi)圈和軸承本身運轉(zhuǎn)過程中滾動摩擦產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致軸承溫升增高，軸承溫度升高后，內(nèi)外圈均膨脹，外圈膨脹受到軸承室的限制，致使軸承的徑向游隙縮小，即使是選用大游隙軸承，這樣的配合也會使軸承內(nèi)外套幾何形狀變壞，使軸承的噪聲和振動變大，溫度增高。將軸承外圈與軸承室的配合由緊配合改為有微小間隙配合，保證軸承有充分的工作游隙，軸承無噪聲，同時軸承溫升降低。

軸承外圈與軸承室的配合由緊配合改為有微小間隙配合后，電機開始運轉(zhuǎn)時，外圈會跟著軸承同時轉(zhuǎn)動。此時，可用軸承外壁中間有環(huán)型槽的軸承，或在軸承室內(nèi)壁中間位置加工一環(huán)壁槽，槽內(nèi)放一合適的彈性橡膠圈，以固定軸承外圈。為防止軸承外圈在軸承室內(nèi)產(chǎn)生有害的軸向竄動，適當(dāng)增加波形彈簧墊對軸承外圈增加一個軸向的預(yù)壓力，將抵消造成軸向竄動的力，消除軸承噪聲。但必須保證軸承外圈在波形彈簧墊的作用下能夠在軸承室中自由移動，否則轉(zhuǎn)子受熱膨脹后，軸承的軸向游隙變小或消失。將引起軸承溫升增高或抱死。另外，軸承是比較精密的部件，需要清潔的潤滑，只有良好的潤滑，電機在運轉(zhuǎn)過程中，軸與軸承間隙形成負(fù)壓，油被吸入，形成油膜，產(chǎn)生油楔，在軸承內(nèi)將軸托起，防止軸承內(nèi)外圈與軸承滾動體間彼此硬性接觸，保證電機正常運轉(zhuǎn)。所以要求軸承安裝現(xiàn)場必須嚴(yán)格清潔，潤滑油中不能混入雜質(zhì)，避免在這個環(huán)節(jié)軸承發(fā)熱。

5 總結(jié)

引起軸承溫升高的原因包括:潤滑不足或潤滑脂過多;潤滑脂中夾有雜物;轉(zhuǎn)動部分與靜止部分相擦;軸承走內(nèi)圈或走外圈 (軸承與端蓋配合過松或過緊)，V1電機后端軸承受軸向力，前端軸承不到位。這時必須停止運轉(zhuǎn)，采取必要的修理，改進措施。對于中型低壓大功率電機來說，由于定轉(zhuǎn)子長度均在1 m以上，所以需要考慮定轉(zhuǎn)子溫度升高后的膨脹量問題，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)電機的冷卻方式，不同材料的膨脹系數(shù)，考慮機殼與轉(zhuǎn)子膨脹量因溫升的差異造成的不同。避免電機溫度增高以后軸承間隙趨向于零的現(xiàn)象發(fā)生，保證軸承始終在良好的狀態(tài)下運行?？傊?，在電機運轉(zhuǎn)過程中，測試軸承本身或其它與之關(guān)聯(lián)的重要部件溫度時，如果在運轉(zhuǎn)條件不變的情況下，任何溫度的驟變均可表示與軸承配合的零部件存在問題或軸承發(fā)生故障，需立刻停轉(zhuǎn)，進行修理。