擠壓機組熔融泵電機軸承故障分析及對策

衛(wèi)小科，劉文皓

（中國石油廣東石化公司化工生產(chǎn)二部，廣東揭陽 515200）

0 引言

ZSK320 捏合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓機由德國Coperion 公司生產(chǎn)，設(shè)計最大負(fù)荷46 t/h，正常負(fù)荷為37.5 t/h，主電機通過減速箱將轉(zhuǎn)速由1480 r/min 降至269 r/min 或202.3 r/min，減速箱有兩檔轉(zhuǎn)速，停機狀態(tài)下可通過手動進行切換。減速箱帶動螺桿對樹脂進行機械剪切、捏合、混煉，使物料變成熔融流體后送至開車閥，經(jīng)熔融泵加壓后通過換網(wǎng)器濾出雜質(zhì)，再經(jīng)模板的?？讛D出，由切粒機進行水下切粒。

熔融泵YM-7004 電機由西門子旗下的LOHER 公司生產(chǎn)，電機功率1400 kW，轉(zhuǎn)速設(shè)計1490 r/min，屬雙側(cè)絕緣電機。熔融泵電機參數(shù)見表1。

表1 熔融泵電機參數(shù)

1 故障現(xiàn)象及檢修情況

1.1 故障經(jīng)過

熔融泵電機為獨臺設(shè)備，從2014 年開車已運行4 年，日常巡檢中發(fā)現(xiàn)軸承有輕微的雜音，于2018 年5 月13 日檢修期間進行解體，更換兩側(cè)軸承，檢修后擠壓機組于6 月27 日2：30開車，運行201 min 后手動停車，于當(dāng)日9：21 重新開車。6 月27 日15：44，因熔融泵電機前端軸承溫度高達(dá)155 ℃，觸發(fā)聯(lián)鎖120 ℃停機（圖1、表2）。

圖1 DCS 監(jiān)測前端軸承溫度曲線

表2 2018 年6 月27 日熔融泵啟停時間

從溫度曲線可以看出，在15 min 內(nèi)軸承溫度從62 ℃陡升到155 ℃。從表2 可以看出，電機于2018 年6 月27 日2：19—9：21 先后經(jīng)過6 次啟動、停止，開機運行，共計運行時間589 min，最長運行時間為383 min。9：21 電機啟動運行后，軸承溫度從45 ℃歷時383 min 緩慢升至62 ℃，保持穩(wěn)定運行。

1.2 電機軸承拆解情況

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)輸出端油盒和地面有較多黑色潤滑油脂，判斷為潤滑脂高溫變質(zhì)后從軸端甩出。拆解聯(lián)軸器，開蓋前手動不能盤動電機。打開電機前端蓋檢查，前端深溝球軸承和滾柱軸承外圈盤不動。

拆卸滾柱軸承外圈后，發(fā)現(xiàn)軸承滾柱和內(nèi)圈滾道均有明顯的熔蝕劃痕，滾柱有明顯的劃痕，但保持架完好（圖2），滾柱軸承內(nèi)圈已與軸粘連，用手提砂輪機切割內(nèi)圈后發(fā)現(xiàn)軸頸部位的絕緣層已受損（圖3）。

圖2 滾柱軸承拆解情況

圖3 軸頸絕緣層拆解情況

深溝球軸承保持架已多處斷裂，滾珠、保持架表面變黑（圖4）。拆開前端軸承內(nèi)擋油蓋，發(fā)現(xiàn)銅套脫落；拆開后端蓋檢查，軸承及軸徑絕緣層完好，絕緣層阻值合格，軸承與軸之間絕緣墊片完好。

圖4 深溝球軸承拆解情況

2 故障分析及處理措施

2.1 故障分析

（1）確認(rèn)軸承備件是SKF 產(chǎn)品。通過聯(lián)系SKF 總部要求派專業(yè)工程師到現(xiàn)場進行確認(rèn)，對備件確認(rèn)為SKF 產(chǎn)品。

（2）軸電流可引起軸承損壞。由于是高壓變頻電機，且功率較大，電氣運轉(zhuǎn)過程中在轉(zhuǎn)子前后兩端可能會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，擊穿潤滑脂油膜從而形成感應(yīng)電流，且加速潤滑脂老化。但從裝配測試數(shù)據(jù)和故障后的檢測數(shù)據(jù)分析，可以排除感應(yīng)電壓產(chǎn)生軸電流的可能性。

（3）6030C3 軸承用在該電機上抱軸的可能性為70%。根據(jù)電氣人員大檢修時測得的原始數(shù)據(jù)：輸出端軸徑為150+0.035 mm，SKF 技術(shù)人員通過計算得出結(jié)論，球軸承6030C3用在該電機的工況下運轉(zhuǎn)平均游隙為-0.079 mm，抱軸的可能性為61.25%。6030C3 的標(biāo)準(zhǔn)游隙0.046～0.091 mm，此次抱軸不排除軸承游隙為下限的可能性。由于電機運行時平均游隙為負(fù)值，球軸承處于抱緊狀態(tài)運行，不能形成正常的油膜，發(fā)熱量較大，使?jié)櫥踊?；由于球軸承安裝于內(nèi)側(cè)，外側(cè)有滾柱軸承的阻擋，再加上測溫點在外側(cè)的油盒上，測溫點到滾柱軸承有15 mm 的距離，因此球軸承的高溫未被監(jiān)測到，直至將滾柱軸承的油脂烤干并使高溫油脂擠出，才發(fā)生15min 內(nèi)軸承溫度陡升至155 ℃，聯(lián)鎖停車。

從軸承損壞情況分析，雖然球軸承是故障源，但其損壞程度比滾子軸成輕，其原因是球軸承只承受軸向力，受力很小，而滾子軸成承受2.6 t 轉(zhuǎn)子的徑向力，受力很大。

針對這種損壞機理存在的可能性較大，將修復(fù)的軸徑最終尺寸確定為Φ150+0.015 mm，處于公差帶的下限。經(jīng)計算，抱軸的概率為10%，處于良好配合狀態(tài)。

（4）潤滑脂的加注量對軸承的影響。廠家資料對潤滑脂的加注量有明確的要求，輸出端加注量840 g，非輸出端加注量42 g，潤滑脂牌號為3#極壓鋰基脂，但在電氣人員的大檢修規(guī)程里未予以體現(xiàn)。潤滑脂無論是加多加少對軸承的運行都有負(fù)面影響，尤其昰潤滑脂涂抹量過少又不及時補加，會造成軸承的損壞。此次檢修，電氣人員只是在檢修報告里描述了已涂抹潤滑脂，但沒說明涂抹量，也沒提供相關(guān)照片和視頻，這也是一個疑點。

針對這一情況對軸承安裝進行過程監(jiān)督，確認(rèn)潤滑脂的牌號及涂抹量符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 處理措施

（1）對損壞的軸徑進行激光涂覆、外圓精加工，最終尺寸Φ150+0.015 mm。該電機原設(shè)計為雙側(cè)絕緣，兩端軸徑噴涂0.8 mm 氧化鋁涂層作為絕緣層，經(jīng)過與國內(nèi)專業(yè)電機廠家溝通，了解到國內(nèi)的大電機均設(shè)計為單側(cè)絕緣，并通過使用絕緣軸承來實現(xiàn)，且國內(nèi)沒有絕緣涂層的修復(fù)能力，使用激光涂覆工藝對損壞的軸徑進行修復(fù)可行。

（2）軸徑修復(fù)后進行動平衡實驗，精度等級G 0.4。

（3）非驅(qū)動端絕緣層外觀檢查無損傷，尺寸公差符合要求；使用2500 V 電阻表進行電阻測試，結(jié)果為無窮大。

（4）安裝非驅(qū)動端軸承后，驅(qū)動端軸承未安裝前測試轉(zhuǎn)子與定子之間的絕緣有效。

（5）將原設(shè)計的非驅(qū)動端等電位碳刷拆掉，避免因構(gòu)成回路產(chǎn)生軸電流，造成驅(qū)動端軸承因油膜被擊穿而破壞潤滑效果，造成軸承損壞。

3 修復(fù)效果

電機修復(fù)安裝后2018 年6 月30 日上午10：00 空載運行，運轉(zhuǎn)聲音、振動均無異常，但兩側(cè)軸承溫度偏高，且軸承溫度及繞組溫度均在有規(guī)律的緩慢上漲，每3 h 上漲1 ℃，到下午13：00驅(qū)動端軸承溫度達(dá)到62 ℃。根據(jù)這一情況，組織相關(guān)人員召開分析會：根據(jù)軸承的振動及聲音排除了軸承機械故障；根據(jù)對檢修過程的全程監(jiān)督排除了潤滑不足的可能；SKF 技術(shù)人員使用專用儀器對電機放電情況進行檢測，發(fā)現(xiàn)存在軸電流，排除了軸電流對軸承的影響，綜合認(rèn)為軸承溫度偏高的原因是潤滑脂涂抹偏多造成的，溫度緩慢上漲是由于環(huán)境溫度上漲造成的。因此，決定安裝聯(lián)軸器，帶負(fù)荷運行。

當(dāng)日21：30 造粒系統(tǒng)投入運行，輸出端軸承最高達(dá)到61.99 ℃，之后開始逐漸下降，觀察輸出端軸徑處有部分潤滑脂擠出。造粒38 t/h 負(fù)荷時，電機輸出端軸承溫度55.6 ℃，非輸出端軸承溫度44.5 ℃；電機處于正常運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

通過及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的異常狀況，采用現(xiàn)場振動測試、分析及診斷，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障原因、部位和程度，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行科學(xué)評價，實現(xiàn)了設(shè)備的預(yù)期維修；通過設(shè)備故障現(xiàn)象分析，查找故障根源，采取措施從根本上解決設(shè)備故障，提高機組運行的可靠性，進一步保證了大機組的長周期平穩(wěn)運行。