高壓異步電機(jī)軸承異音的原因分析及處理

摘 ?要：某電廠#1機(jī)組D脫硫漿液循環(huán)水泵由一臺(tái)三相高壓異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，定期巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承異音，利用振動(dòng)分析儀進(jìn)行振動(dòng)分析，找到電機(jī)異音的根源在于電機(jī)軸承被電蝕，軸承外圈出現(xiàn)“搓衣板”式坑溝，采取了相應(yīng)的措施，解決了軸承被電蝕的問題。

關(guān)鍵詞：三相高壓異步電動(dòng)機(jī);軸承電蝕;振動(dòng)分析;預(yù)防措施

1 ?設(shè)備概況

某電廠#1機(jī)組脫硫系統(tǒng)吸收塔配備4臺(tái)漿液循環(huán)泵，分A、B、C、D命名，雖然型號(hào)及流量完全相同，但揚(yáng)程、軸功率、轉(zhuǎn)速各不相同，并呈遞減規(guī)律，配置的減速機(jī)型號(hào)相同。其中#1脫硫D漿液循環(huán)水泵由石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)，其主要參數(shù)：型號(hào)，600X-TLRD;流量，5000m3/h;揚(yáng)程，19.65m;軸功率，368kW;轉(zhuǎn)速，540r/min。配置減速機(jī)由西門子生產(chǎn)，其主要參數(shù)：型號(hào)，H1SH7B;S/N編號(hào)，4501035214.01。驅(qū)動(dòng)電機(jī)由湘電集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，其主要參數(shù)：型號(hào)，YKK4502-4;功率，450kW;輸入電壓，6000V;輸入電流，53.6A;轉(zhuǎn)速1485r/min;非驅(qū)動(dòng)端軸承，NU222;驅(qū)動(dòng)端軸承，NU224/6224。電機(jī)與減速機(jī)之間、減速機(jī)與泵之間均采用膜片式聯(lián)軸器，其中減速機(jī)與聯(lián)軸器之間有一短節(jié)。

2 ?異?，F(xiàn)象

2017年2月28日，在日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)#1脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)聲音刺耳，利用聽針辨別出異常聲音主要來源于電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承。查閱#1脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)近幾年檢修臺(tái)賬，發(fā)現(xiàn)該電機(jī)平均每年都要進(jìn)行一次大修，設(shè)備運(yùn)行壽命過短。利用CX7振動(dòng)分析儀進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，該振動(dòng)分析儀使用的振動(dòng)測量傳感器為三軸向加速度傳感器。測量電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承時(shí)，加速度傳感器第一通道為水平方向，第二通道為軸向，第三通道為垂直方向。結(jié)合現(xiàn)場測量的振動(dòng)信息分析，#1脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承具有以下特征（進(jìn)行振動(dòng)分析時(shí)，以第一通道采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)為主要依據(jù)）：

（1）頻譜圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端以6.22X電機(jī)轉(zhuǎn)頻及其高頻諧波為主（如圖1所示），高頻諧波集中在500Hz-2000Hz之間（最高分析頻率設(shè)定在2500Hz）。

（2）時(shí)域波形圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)非周期性沖擊，沖擊幅值最高18.4g（如圖2所示）。

解調(diào)頻譜圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端以6.22X電機(jī)轉(zhuǎn)頻及其諧波為主，出現(xiàn)0.41X軸承保持架故障頻率及其諧波。其中，6.22X電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率幅值最高9.43g，0.41X轉(zhuǎn)速頻率幅值1.58g。（如圖3所示）。

（3）解調(diào)波形圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端沖擊最高79g（如圖4所示）。在確定軸承出現(xiàn)磨損的情況下，解調(diào)波形圖中沖擊幅值超過50g，軸承有肉眼可見損壞。

（4）電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度53℃，軸承溫度在正常范圍內(nèi)。

3 ?原因分析

3.1 ?機(jī)理

#1脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承頻譜圖中出現(xiàn)6.22X轉(zhuǎn)速頻率及其高頻諧波，為非整數(shù)倍電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率成分，首先考慮是否為電機(jī)軸承故障頻率。查閱SKF NU222軸承滾珠15個(gè)，保持架故障頻率0.42X，軸承外環(huán)故障頻率6.3X。由此推斷電機(jī)頻譜圖中0.41X轉(zhuǎn)速頻率為軸承保持架故障頻率，6.22X轉(zhuǎn)速頻率為軸承外環(huán)故障頻率。時(shí)域波形圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)非周期性高幅值沖擊進(jìn)一步印證了軸承存在磨損。解調(diào)頻譜圖中，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承外環(huán)故障頻率及其諧波、軸承保持架故障頻率幅值較高，解調(diào)波形圖中沖擊幅值最高79g，說明軸承狀況已經(jīng)進(jìn)入中后期，需要盡快對(duì)該軸承進(jìn)行檢修。

3.2 ?結(jié)論

軸承壽命可以分為四個(gè)階段。第一階段，軸承表層損傷。摩擦產(chǎn)生的聲波大于20KHz（因此用聽針無法直接聽診），振動(dòng)幅值較低，沖擊脈沖在1KHz-15KHz之間，且幅值較低。在此階段軸承可以繼續(xù)運(yùn)行。第二階段，也為軸承表層損傷。由于超高頻振動(dòng)幅值持續(xù)增大，軸承沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)可能與設(shè)備結(jié)構(gòu)的固有頻率、軸承的固有頻率以及傳感器的固有頻率產(chǎn)生共振;在解調(diào)頻譜圖和加速度頻譜圖中可見特征頻率;由于振動(dòng)幅值依然較低，在速度譜圖中一般看不到特征頻率。在此階段可以繼續(xù)監(jiān)測運(yùn)行。第三階段，軸承出現(xiàn)明顯損傷，超高頻振動(dòng)幅值持續(xù)增大，解調(diào)頻譜圖及加速度譜圖中有明顯特征頻率，速度譜圖中出現(xiàn)軸承特征頻率，特征頻率的諧波及邊帶也相繼出現(xiàn)。軸承沖擊能量可能引發(fā)次生故障，在此狀態(tài)下，軸承可能由外界多種因素導(dǎo)致失效，可以繼續(xù)監(jiān)測運(yùn)行，但應(yīng)制定計(jì)劃在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行檢查。第四階段，軸承損傷進(jìn)一步擴(kuò)展，一個(gè)部件的損傷可能會(huì)引發(fā)其他部件的損傷。由于尖銳表面被碾壓平滑，超高頻振動(dòng)幅值下降，速度頻譜及波形、解調(diào)頻譜圖仍然有效。該階段軸承磨損嚴(yán)重，損傷區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)展直至連城大片區(qū)域，周期性振動(dòng)下降，背景噪聲名顯升高，速度頻譜圖中形成“干草堆”現(xiàn)象（實(shí)際上這是共振的區(qū)域）。此時(shí)軸承即將失效，其壽命不足1%，需要盡快停運(yùn)并更換軸承。

#1脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承外環(huán)磨損嚴(yán)重，軸承保持架出現(xiàn)磨損，已進(jìn)入軸承中后期階段。建議加強(qiáng)監(jiān)測，并盡快制定計(jì)劃進(jìn)行檢修。

4 ?處理措施

2017年3月3日，檢修班組辦理工作票對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢修。解體發(fā)現(xiàn)#1脫硫D漿液循環(huán)水泵軸承外環(huán)出現(xiàn)“搓衣板”式坑溝，軸承保持架上出現(xiàn)“毛刺”?！按暌掳濉笔娇訙蠟檩S承被軸電流電蝕的典型特征。為有效治理軸電流對(duì)軸承的損壞，檢修人員在電機(jī)轉(zhuǎn)子上加裝接地銅辮，將電機(jī)軸電流不經(jīng)軸承直接引入接地系統(tǒng)。

5 ?修后評(píng)估

2017年03月05日，#1爐脫硫D漿液循環(huán)泵電機(jī)空試功能再鑒定。啟動(dòng)#1爐脫硫D漿液循環(huán)泵，電流13.2A，測量振動(dòng)值如下：電機(jī)負(fù)荷側(cè)⊙5μm、⊥4μm、-12μm，非負(fù)荷側(cè)⊙4μm、⊥5μm、-9μm;轉(zhuǎn)向正確，振動(dòng)合格，聲音正常，軸承溫度正常。2017年03月06日，啟動(dòng)#1爐脫硫D漿液循環(huán)泵連接聯(lián)軸器后試運(yùn)行，運(yùn)行電流42A，測量振動(dòng)值如下：電機(jī)負(fù)荷側(cè)⊙9μm、⊥8μm、-20μm，非負(fù)荷側(cè)⊙8μm、⊥12μm、-11μm，泵非驅(qū)動(dòng)端⊙25um、-26um、⊥12um，驅(qū)動(dòng)端⊙30μm、-13μm、⊥9μm，減速高速側(cè)⊙28um、-13um、⊥17um，低速側(cè)⊙31μm、-30μm、⊥20μm，振動(dòng)值合格，溫度正常，功能再鑒定合格。利用CX7振動(dòng)分析儀復(fù)測，各項(xiàng)譜圖及數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，主要表現(xiàn)在：頻譜圖中，軸承外環(huán)故障頻率6.22X及其諧波消失;時(shí)域波形圖中，沖擊幅值降至1.18g;解調(diào)頻譜圖中，沖擊幅值降至0.16g;解調(diào)波形圖中，沖擊幅值降至3.62g。設(shè)備復(fù)裝運(yùn)行一年后狀況良好，未出現(xiàn)軸承損壞現(xiàn)象。

5 ?結(jié)束語

（1）電機(jī)軸承被電蝕，軸承外環(huán)一般會(huì)產(chǎn)生高頻軸承外環(huán)故障頻率的諧波，且現(xiàn)場人耳可聽見很響很尖銳的噪音。

（2）電機(jī)軸承外環(huán)振動(dòng)傳導(dǎo)到表面距離最短，通常軸承外環(huán)故障頻率的振動(dòng)幅值要比軸承保持架故障頻率及軸承內(nèi)環(huán)故障頻率的幅值高。

（3）電機(jī)軸承出現(xiàn)磨損，軸承溫度不一定超標(biāo)。

（4）發(fā)現(xiàn)軸承被電蝕現(xiàn)象不能僅進(jìn)行常規(guī)檢修，還要對(duì)軸電流進(jìn)行治理，避免設(shè)備修后進(jìn)一步損壞。比較簡單有效的治理措施是在軸的兩端加裝接地碳刷或接地銅辮，將軸電流不經(jīng)過軸承直接引入接地系統(tǒng)。

（5）本次軸承異音的發(fā)現(xiàn)、分析及處理過程為今后同類型設(shè)備的軸承異常處理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在后期檢修工作中，通過對(duì)一二期脫硫漿液循環(huán)水泵電機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)軸承電蝕現(xiàn)象在一二期脫硫D漿液循環(huán)水泵電機(jī)上經(jīng)常發(fā)生。目前班組已利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)其他三臺(tái)電機(jī)進(jìn)行了加裝接地碳刷的改造工作，成效顯著。

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作者簡介：

李夢林（1989年6月19日-），本科，生產(chǎn)技術(shù)部，從事精密診斷工作。