淺析原料磨主電機軸承故障及處理

孔 勇，張賡韶，夏 蕾（中國中材國際工程股份有限公司(南京)，江蘇 南京211000）

0 前言

主機設(shè)備在水泥生產(chǎn)線起到至關(guān)緊要的作用，原料磨設(shè)備更為顯著，如果原料磨主電機出現(xiàn)故障，將直接影響后續(xù)主機設(shè)備、特別是回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)。據(jù)統(tǒng)計水泥生產(chǎn)線中原料磨主電動機故障的主要原因是軸承故障，其已占電動機故障的65%以上。因此對主機設(shè)備電動機軸承故障原因進(jìn)行詳細(xì)的分析和總結(jié)，有利于檢修人員對其故障的預(yù)防及處理。

1 故障情況

尼日利亞DANGOTE IBESE水泥生產(chǎn)線B線原料磨主電機采用的是德國原裝西門子中壓電機，電壓11 000 V，功率6 000 kW，轉(zhuǎn)速為995 r/min，毛重290t，傳動端采用的軸承為FAG NU1052Mc3。2013年9月26日上午9：41定檢清理磨盤料時，巡檢電工發(fā)現(xiàn)原料磨主電機傳動端有輕微異響，上午9：42停主電機，先拆除電機與減速機的連接對輪，空載試電機，響聲依然存在，無法排除故障。最后判斷為電機傳動軸軸承故障，與業(yè)主DCP方人員協(xié)同拆機于9月27日凌晨1:35拆卸軸承后發(fā)現(xiàn)NU1052軸承內(nèi)圈有一片剝落，產(chǎn)生一個較大深溝，請見圖1。

圖1 NU1052軸承內(nèi)圈有一片剝落

2 故障發(fā)生前后運行參數(shù)指標(biāo)分析

表1為發(fā)現(xiàn)軸承損壞前后的測振值，我們發(fā)現(xiàn)振動最高值為3.06mm/s，未達(dá)到振動報警值4mm/s，日常生產(chǎn)過程中也不會產(chǎn)生報警信號送至中央控制室，即便中央控制室操作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)值跳動，因在正常運行范圍內(nèi)，也不會判斷為發(fā)生設(shè)備故障。

表2是因電機軸承振動測量值過高而停機記錄統(tǒng)計表，表3是因電機功率過高停機記錄統(tǒng)計表，由表2和表3可以看出，當(dāng)出現(xiàn)振動過高時，DCS系統(tǒng)能夠做出保護(hù)性停機，中控工作人員通知現(xiàn)場操作人員進(jìn)行檢查，現(xiàn)場設(shè)備故障排除后才能重新啟動、運轉(zhuǎn)。

表1 軸承損壞前后的測振值 mm/s

表2 振動測量值過高導(dǎo)致的停機記錄統(tǒng)計表

表3中是該設(shè)備因功率高跳停的部分?jǐn)?shù)據(jù)，從中可以看出該主電機曾因多次發(fā)生功率高而停機的事件，而功率高停機主要原因是由于原料磨機進(jìn)料量過大引起磨機過載，進(jìn)而引起傳動設(shè)備過載，最終作用于主電機傳動端，傳動端的軸承則超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，該工況下軸承易損壞或減少使用壽命。

表3 設(shè)備因功率高跳停的部分?jǐn)?shù)據(jù)

圖2 原料主電機的傳動軸的實時溫度

圖2中記錄了原料主電機的傳動軸的實時溫度，不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異響停機時間為9:42，傳動端軸承溫度從9:35～9:45由44℃快速升至54℃。也可以看出在高速運轉(zhuǎn)過程中并未出現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，而停機過程中運行速度逐步減小而摩擦力越大，出現(xiàn)溫度快速上升現(xiàn)象。

3 故障分析

結(jié)合以上情況分析，分析原料磨主電機傳動端輕微異響的原因如下：

（1）潤滑不足。軸承內(nèi)存在充足的潤滑劑，軸承滾動元件及軸承保持架都未發(fā)現(xiàn)損壞，見圖3。

圖3 軸承滾動元件及軸承保持架無損壞

（2）不同心。拆下對輪銷子后檢查軸向同心度，符合要求，沒有發(fā)現(xiàn)問題。

（3）電流流經(jīng)軸承。若是電流流經(jīng)軸承，應(yīng)是由于電動機內(nèi)磁路磁場不平衡等產(chǎn)生漏電流。當(dāng)電流流經(jīng)軸承的滾動體和內(nèi)、外圈時在接觸區(qū)表面將發(fā)生放電現(xiàn)象，放電會形成非常微小的灰暗凹坑，使?jié)L道與滾子間的摩擦阻力增大，進(jìn)而軸承溫度升高，而潤滑脂受熱后會熔化溢出。當(dāng)磨損嚴(yán)重時，電動機驅(qū)動端軸承會出現(xiàn)位移，造成轉(zhuǎn)子驅(qū)動端與非驅(qū)動端不同心，軸承徑向受力不均，使?jié)L動體與套圈產(chǎn)生劃痕，而細(xì)小金屬粉進(jìn)入滾動腔內(nèi)進(jìn)一步碾壓滾動體和內(nèi)、外圈表面，形成肉眼可見的細(xì)小凹坑。然而此次故障僅出現(xiàn)片狀剝落，及其區(qū)域帶磨損，其它表面光滑未出現(xiàn)大面積微小的灰暗凹坑，在支撐架/滾動元件/軌道上也沒有任何痕跡，也沒有出現(xiàn)不同心現(xiàn)象。

（4）軌道上存在深的銹斑。由圖1，3軸承軌道和滾動元件上不存在銹斑，軸承面是干凈的。

（5）已污染的潤滑劑以及過載。當(dāng)給電機軸承加入了已被污染的潤滑脂，外源顆粒進(jìn)入軸承，同時因為某時段出現(xiàn)超負(fù)荷、過載現(xiàn)象，導(dǎo)致小凹痕出現(xiàn)，因為產(chǎn)生凹痕的外源顆粒不需要很硬，薄紙片甚至棉布上脫落的線也可導(dǎo)致凹痕出現(xiàn)。軸承使用壽命由軸承旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和負(fù)荷大小決定，當(dāng)滾動元件通過內(nèi)軌道表面凹痕時，介于滾動元件及凹痕間的油膜會產(chǎn)生流體動壓，對凹痕產(chǎn)生剪切力。一段時間后，這些剪切力引起的裂紋將不斷擴大到表面，隨之滾動元件經(jīng)過裂紋，引起裂紋碎片的脫落，即片狀剝落。凹痕存在的情況下，過負(fù)荷或低負(fù)荷也會加劇片狀剝落的發(fā)生。

綜上分析片狀剝落是由凹痕引起，凹痕則由于外源顆粒和過載引起，當(dāng)片狀剝落與小凹痕共同存在，進(jìn)而出現(xiàn)磨損帶。最終判斷故障原因是電機軸承加入了已被污染的潤滑脂。

4 事故總結(jié)

（1）使用清潔的潤滑劑同時要保證有良好的貯存環(huán)境。

（2）制訂添加潤滑劑過程中不被污染的制度和措施。

（3）在使用潤滑劑前必須檢查時效期，避免使用失效的油脂。

（4）中控人員日常操作過程中要時常關(guān)注軸承的溫度和振動數(shù)值，發(fā)生異常及時匯報部門負(fù)責(zé)人，及時檢查處理。

（5）現(xiàn)場巡檢人員密切監(jiān)控主機設(shè)備軸承有無異常響聲，防范重大事故發(fā)生。