大型電機軸承發(fā)熱故障診斷與處理

祁起世

(大同煤礦集團 機電裝備制造有限公司中央機廠，山西 大同 037001)

大型電機軸承發(fā)熱故障診斷與處理

祁起世

(大同煤礦集團 機電裝備制造有限公司中央機廠，山西 大同 037001)

針對大功率電機，在空載試運行時，軸伸端軸承發(fā)熱，如何達到降溫的目的，使電機能夠正常運行，先繪制零件圖和總裝配圖，再在電子圖版上組裝，使轉(zhuǎn)子鐵芯軸向中心線與定子鐵芯軸向中心線重合。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸部分與其它部件有的形成重疊，有的形成空缺。將有問題的地方加工修正，從而使電機軸承溫度下降，運行平穩(wěn)。

電機；軸承；溫度；偏移；磁密度

1 提出問題

某電廠在檢修YKK560-3-4型1 600 kW一次風機啟動后，在空載試運行時，軸伸端軸承發(fā)熱95 ℃，當負載運行時溫度進一步升高，導致軸承損壞。大唐熱電廠電氣車間通過研究并采取多種措施，一年進行了4次修理，才使軸承發(fā)熱溫度控制在83 ℃，而電廠要求軸承運行發(fā)熱溫度不得高于70 ℃.該電機為1 600 kW屬大型電機，是電廠重要設(shè)備，電機軸承異常發(fā)熱的現(xiàn)象時有發(fā)生，按照常規(guī)方法難以找到故障產(chǎn)生的真正原因，必須要在診斷技術(shù)上大膽創(chuàng)新，才可解決這類疑難問題。同時，此診斷技術(shù)對其他電機，尤其對大型電機的發(fā)熱問題的解決具有十分重要的意義。因此，該廠通過對故障診斷并立項進行技術(shù)改造，使電機軸承溫度得到控制，取得了良好的效果。

2 診斷過程

1) 測繪故障電機定子殼體，包括電機定子鐵芯位置及鐵芯長度，以便確定定子鐵芯在殼體內(nèi)的軸向位置和軸向中心線。

2) 測繪故障電機轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承杯、內(nèi)外軸承蓋等零部件圖。

3) 根據(jù)各零件圖，繪制出總裝配圖。

4) 在裝配圖上分別畫出定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯軸向?qū)行木€，標注該兩條中心線間的距離(見圖1).

圖1 總裝配圖

3 原因分析

1) 理論上，該電機定子、轉(zhuǎn)子鐵芯軸向中心線必須重合，即電機定子、轉(zhuǎn)子鐵芯軸向中心線距離為零，而實際上制造和修理加工與裝配誤差使二者發(fā)生偏鐵芯的兩端對不齊，產(chǎn)生了位移。該電機定子、轉(zhuǎn)子軸向中心線偏移竟達4 mm，已超出允許范圍3.5 mm，即轉(zhuǎn)子中心線向負荷端偏移4 mm.電機內(nèi)定子、轉(zhuǎn)子繞組有電流流過就會產(chǎn)生磁通，定、轉(zhuǎn)子的鐵芯沖片及氣隙構(gòu)成一個導磁的回路，主磁通在徑向方向經(jīng)過定子齒部、氣隙、轉(zhuǎn)子齒部3部分磁路，經(jīng)過定、轉(zhuǎn)子軛部磁路進入相鄰極，再從相鄰通過相反的路徑回到起點組成閉合回路，根據(jù)電磁理論，定、轉(zhuǎn)子鐵芯與氣隙之間的閉合磁路的路徑盡量縮短，否則會產(chǎn)生電磁力，如該電機定、轉(zhuǎn)子的端面發(fā)生軸向位移4 mm，造成電機定、轉(zhuǎn)子鐵芯之間的氣隙加長，由于電磁力要強行將磁力線拉回到最短的路徑位置，即氣隙縮短必然會產(chǎn)生很大的附加軸向電磁力。由于該電機在立項前，各零部件均無作軸向的變動，故各部件在軸向上均已定位，不可能串量達到4 mm，因此，電機兩端的軸承承受巨大的軸向作用力，在軸向力的作用下，軸承滾動體與軌道之間輕者發(fā)生摩擦，重者有長堵現(xiàn)象，使軸承轉(zhuǎn)動不靈活，由于有超量的附加摩擦力作用致使軸承發(fā)熱產(chǎn)生高溫，這就是軸承發(fā)熱的根本原因。

2) 據(jù)用戶反映，該電機一直運行穩(wěn)定只是最近在檢修保養(yǎng)后，一直發(fā)熱運行，不到4 h就將軸承燒毀。據(jù)分析，該電機在檢修過程中發(fā)現(xiàn)缺少一些軸承軸向定位的配套零件，如距離環(huán)，隔套等，造成了軸承向移位，所以發(fā)生了上述現(xiàn)象。

檢測結(jié)論：由于定、轉(zhuǎn)子鐵芯端面有4 mm的軸向偏移，而電磁力又要強行拉回到兩端面基本對齊的原位，致使電機兩端軸承承受巨大的附加軸向應力，在軸承軸向均已定位的情況下，軸承滾動體與軌道發(fā)生過量摩擦致使軸承發(fā)熱升溫，因軸承在長期摩擦力和高溫狀態(tài)下運行，導致其很快失效或損壞，這就是軸承使用壽命短的根本原因。

4 處理方法

1) 在裝配圖上移動轉(zhuǎn)子軸向位置，使轉(zhuǎn)子鐵芯軸向中心線與定子鐵芯軸向中心線重合，即端面對齊。此時由圖2發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子軸部分臺階段與其它部件有的形成重疊，有的形成空缺。局部放大圖見圖3.

圖2 中心線互相重合相差4 mm 示意圖

圖3 局部放大圖

2) 轉(zhuǎn)子軸向位移后，在軸向中心線重合的條件下，確定轉(zhuǎn)子兩端軸承臺的軸向位置，用最少及最合理的零配件填充空隙，去掉重疊部分相應的材料或配件，使兩端軸承定位在最合理的軸向位置。

3) 根據(jù)調(diào)整后的軸承裝配位置，繪制零部件加工圖和加設(shè)的其它用于固定軸承位置的部件圖，最后繪制標準的總裝配圖。

4) 根據(jù)指示的空隙與重疊部分來確定各部件的加工工藝及填充件的配置，并采取相應措施。

5) 轉(zhuǎn)軸非符合端部分切去4 mm，而另一端軸承加d170 mm×d205 mm×4 mm墊圈1件，在非負荷端外加設(shè)d170 mm×d186 mm×4 mm墊Q235圈1件，在另一端軸承外端切去4 mm，以保證兩端軸承內(nèi)圓的軸向定位。

6) 在負荷端的空隙處，在軸承杯與端蓋配合的空隙處加d360 mm×d400 mm×4 mm的Q235襯墊一件，而在另一端軸承杯切去相應平面厚度4 mm. 在負荷端加高軸承外蓋得止口高度，而另一端軸承外蓋切去止口高度4 mm，確保軸承位置定位。

采取上述措施是為了使定子鐵芯在不動的情況下，轉(zhuǎn)子鐵芯由負荷端向非負荷端軸向位移4 mm，即兩端軸承軸向非負荷端位移4 mm.

5 結(jié) 果

1) 查找并分析了電機軸承異常發(fā)熱故障的原因并進行了改造，解決了軸承發(fā)熱的問題。

2) 以電機定子、轉(zhuǎn)子磁場軸向中心線對齊為基準確定軸承軸向位置的理論概念與處理方法，消除了電機軸承因定、轉(zhuǎn)子磁場軸向中心線偏移而承受軸向拉力，導致電機發(fā)熱。

3) 此項技術(shù)未在任何電機修理技術(shù)書籍、雜志上介紹，為首次開發(fā)研究。

4) 應用情況及社會效益。

該電機組裝后經(jīng)試驗，其電氣性能與機械性能指標全部合格達標，該電機軸承溫度升高的問題得以徹底解決。在空載試驗運行100 min后，軸伸端軸承溫度為53 ℃，并趨向平穩(wěn)。修理后，通過數(shù)據(jù)的采集和驗證得到了客戶認可，在電廠電機帶負荷作業(yè)現(xiàn)場，跟蹤記錄電機負載運行的情況，歷時100 min監(jiān)測現(xiàn)場帶負荷運行軸承溫度在60 ℃以下，電機軸承發(fā)熱故障已基本處理，而電機的其它運行工況也未改變。如振動、噪音、功率因素和效率等基本未受影響。通過技術(shù)攻關(guān)與改造，對熱電廠的另3臺1 600 kW一次風機電機和鋼廠475 kW軋鋼機電機以及煤礦110 kW風機電機等6臺因定子、轉(zhuǎn)子鐵芯軸向中心偏移導致的軸承發(fā)熱的故障電機進行修理，取得了良好的效果和經(jīng)濟效益，得到了客戶的好評與認可。

6 結(jié) 論

高端大型電機正常運行時溫度是非常重要的，該電機的修理技術(shù)，為不同型號的電機在發(fā)現(xiàn)此類似問題時，提供參考方向及解決辦法。通過整體和部件的繪制，這種技術(shù)不僅能控制軸承溫度的升高，而且還能查看磁密度的均勻度，還可以在電機硬件損壞時，及時加工零配件，為日后大型電機修理提供新的技術(shù)參考。

[1] 趙家禮.電動機修理手冊[M].第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2003:267-312.

[2] 成大先.機械設(shè)計手冊(第2卷)[M].第3版.北京:化學工業(yè)出版社,2008:121-127,151.

Heating Fault Diagnosis and Treatment of Large Electric Motor Bearings

QI Qishi

Aiming at the high-power motor, the paper discusses the bearing heating related subject. When the bearing running in the no-load test, the shaft end is heated, how to achieve the purpose of cooling, so that the motor can run normally. Firstly, drawing parts and assembly drawings according the parts' physical dimension, then assembling them on the electronic version with CAD system, making the centerline of both rotor and stator in axial direction coincides with each other. It is found that the rotor shaft part and other part of the unit partially overlapped and partially gaped. Correct the fault part, making the motor bearing temperature decreased, motor normal running ensured.

Electrical machine; Bearing; Temperature; Excursion; Magnetic density

2016-08-09

祁起世(1990—)，男，河北來源人，2013年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學，助理工程師，主要從事大型電氣設(shè)備修理和自動化控制工作

(E-mail)601409389@qq.com

TD614

B

1672-0652(2016)10-0023-03