高压电动机轴承故障分析及改造
2017-01-25 15:46:00
祥泰电气
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在发电厂及大型企业的生产过程中，电动机是主要的动力源，一旦发生故障，对整个生产所带来的损失是相当大的，尤其是大、中型高压电动机，可严重影响到整个生产过程。根据我们对电机故障的统计发现，轴承损坏或因为轴承损坏而造成的电机故障，占了电机全部故障的70%以上，为此我们对电机轴承故障发生较多的电动机进行了分析并进行改造，解决了电动机轴承的发热、漏油、寿命低以及运行中突发性损坏的问题，大大减少了检修费用，为安全运行提供了可靠保证。
轴承频繁损坏的主要问题：
目前我国的大型高压电机，大部分是采用的分离式滑动轴承，轴承的故障一般较少，其轴瓦漏油的问题对电机的影响也不大。而部分大型高压电机和中型电机的结构是“端盖式滑动轴承”和“端盖式滚动轴承”，这部分电机的轴承则存在着很多问题：
1、端盖式滑动轴承：此类电动机普遍存在转子的轴向串动大、轴瓦发热和漏油的现象。因为漏油而造成对电机绕组的腐蚀，使电机内部油灰过多电机温度过高。另外，滑动轴承比滚动轴承的检修也复杂很多。
2、电动机的一般结构：我国所生产的箱式电动机有一部分轴承故障发生较多，经过分析发现其主要的问题是：在轴承的外侧装有一个距轴承间隙很小的挡油盘。这样即不利于轴承的散热和润滑脂的循环，又增加检修工作的难度和费用，并且在挡油盘内孔与轴的配合松动后，产生异音或从轴上脱出，造成严重的故障。
3、双轴承式电机：部分箱式高压电动机，负荷侧采用了双轴承的结构。这类电动机的结构给检修工作带来了较大的难度，在电机的检修时，轴承无法清洗、检查而必须进行更换，造成检修费用的增加。另外此种结构的电机，轴承运行中的温度都比较高，使用寿命偏低。
4、轴承的类型：我国大部分电机负侧的轴承为“圆柱形滚子轴承”，空侧为“向心推力球轴承”，在电机的运行中，转子长度的变化由负侧调整。此时如果电机与机械的联轴器为“弹性联轴器”时，对电机和机械均无大的影响，而如果是“刚性联轴器”则发生电机或机械的振动，甚至造成轴承的损坏。
5、轴承的承载与允许转速：我国电机的轴承，一般负侧大多是选用“中型滚子轴承”。该轴承的承载能力是大大超过了计算值，但轴承的允许转速则与电机的实际转速相差很少甚至不够，所以这也是轴承发热、损坏频繁的一个重要原因。
6、轴承附件的设计：目前我国电机的轴承附件大多是：轴承套和内、外油盖式的结构。此种结构的优点是简单，缺点是密封差。灰尘进入到轴承内部，加速轴承的磨损而损坏，并且大部分的轴承结构因为油室过小和挡油盘的存在而造成轴承发热严重。
部分进口电动机的设计优点：
我们分析了进口的同类高压电机，发现大部分轴承的连续使用寿命能在5年以上。经过几次的检修后，我们找出了其设计方面的优点：
1、负侧选用较大的“深沟球轴承”，空侧选用较小的“圆柱滚子轴承”。分析认为：这样可保证转子在冷、热长度变化时，其轴向的位移在空侧，确保电机与机械连接处的定位。
2、轴承的承载与允许转速：经计算，在完全保证电机运行功率需要的情况下，所选轴承的允许转速大大超过了电机的实际转速，所以能使轴承的使用寿命大大增加。
3、轴承附件结构：轴承套采用“球墨铸铁”材料，保证了轴承运行中的稳定，并延长使用寿命。在内、外轴承盖的外侧装有铝合金“梯形槽密封”装置，这样可确保轴承内部的清洁。
4、轴承的定位结构是：采用开槽式定位螺母加19齿锁垫的结构。此装置不但起到了轴承良好的定位作用，而且可使轴承的温度进一步降低，并且轴承油室的空间设计较大，这样就可降低轴承在运行中的温度，使轴承的使用寿命大大增加。
5、良好的轴承加、排油装置：加油装置基本与我们的结构相差不大，放油装置设计良好。较粗的放油管安装于较大的油室下部，操作一个小螺栓即可方便地抽出内管进行废油的清理。
电机轴承改造方法：
我们在对轴承故障较多的电机改造前，首先对轴承的选用进行计算，发现存在选用方面的问题，即进行重新设计。其改造原则是根据电机的实际结构尺寸，尽量采用进口电机的结构型式进行。具体设计、改造项目基本如下：
1、 负侧双轴承结构尽量改为单轴承结构；
2、 根据与被拖动机械的连接方式，尽量设计负侧为“深沟球轴承”，以负侧定位；
3、 经计算，在保证电机使用功率的情况下，尽量选用允许转速大大超过电机转速的轴承；
4、 根据要改造电机的实际轴向尺寸，尽量将轴承外侧的油室加大；
5、 根据要改造电机的实际轴向尺寸，尽量将内、外轴承盖外侧加装铝合金梯形槽密封；
6、 轴承的固定方式，采用细丝、4槽螺母和19齿锁垫结构；
7、 轴承套采用“球墨铸铁”材料，内、外轴承盖采用灰铸铁材料；
8、 轴承的加、排油装置完全按照进口电机的结构设计制做。
电机轴承改造典例：多年来，我们对黄台电厂所有轴承异常的高压电机全部进行了改造，大大保证了机组的安全运行。近几年又相继为“莱城电厂”“济宁电厂”“河曲电厂”“威县电厂”等多发生轴承故障的电机进行了改造，取得了良好的效果。但是因为其设备的不同，所以每个电机的具体改造方案即不同，简单介绍如下：
1、莱城电厂30万千瓦机组的一次风机电机。该电机为湘潭电机厂生产的YKK560-4型、1250KW高压电动机。该电机多次发生轴承的损坏故障，尤其是负侧的外轴承和空侧轴承，最短的损坏周期达几天。轴承的结构是，负荷侧为双轴承，外侧为#N332柱型轴承，内侧为#6232球型轴承，空载侧为#N332柱型轴承。据我们分析认为，该电机主要是轴承的选用问题，轴承的允许转速不够是造成空载侧轴承和负荷侧外轴承损坏的一个根本原因。对此我们将该电机负侧改为#6236球型单轴承结构，空侧改为#NU232轻型滚柱轴承。经计算轴承的承载能力完全可达到电机的要求，改后的轴承允许转速则提高了300转/分，其它部分则完全按照进口电机的结构进行改造。目前对所有机组的一次风机电机全部进行了改造，其改造最早的已运行了5年，效果良好。
2、河曲电厂60万千瓦机组磨煤机电机。该电机为上海电机厂生产的YTM630-6型、功率1120KW。该电机运行中其主要存在的问题是“轴承发热”，尤其是负荷侧轴承，温度可高达80度以上。据我们分析认为：该电机轴承附件的结构不合理是导致“轴承发热”的主要原因：该电机轴承油室过小和轴承外侧安装的挡油盘是造成运行中轴承发热的主要问题。该电机的出风是在负侧，而负侧的滚柱轴承摩擦系数又大于空侧的球形轴承，所以造成负侧的轴承温度偏高。对此我们将两侧轴承进行了换位改造，负侧轴承改为#6334型，空侧轴承改为#NU234, 其它部分则完全按照进口电机的结构进行了改造。目前，改造后的电机运行正常，负侧的轴承温度比负侧端盖的温度低5℃以上，达到了良好的效果。
3、济宁电厂30万千瓦机组的一次风机电机。同为上海产，YKK560-4型、功率1250KW，其轴承故障与河曲电厂的磨煤机电机基本相同，所以我们采用了与河曲电厂基本相同的改造方案。因为其转速及轴承的不同，所以其改造的具体项目也不同。负侧轴承由原来的#NU332改为#6332，空侧轴承由原来的#6330改为#NU230。改造后达到了良好的运行状况。
4、河北威县电厂给水泵电机。该电机为长沙电机厂生产，YKK4504-2型，功率800KW，轴承结构是：负侧为双轴承结构，外轴承为#NU221型滚柱轴承，内轴承为#6221型球轴承，空侧轴承为#NU221滚柱型轴承。该电机运行中轴承温度高达90℃以上，一般运行两个月轴承即损坏。据我们分析认为：一是#NU221型轴承的允许转速已接近电机的实际转速，二是双轴承的结构紧密，散热性差，是造成轴承发热、损坏的主要原因。对此我们对轴承的承载能力经计算后，将负侧轴承改为#6221型单轴承结构，空侧轴承改为#NU220型，这样提高了两侧轴承的允许转速。其它部分则完全按照进口电机的结构进行了改造。该电机按以上方案改造后，轴承的运行温度降至40℃以下，彻底解决了轴承发热和频繁损坏的问题。
总结发展：
我们通过对改造后电机运行的统计，其连续运行周期基本都达到了机组的一个检修周期，大大减少了因电机的损坏所造成机组的临时停机，解决了大、中型电动机轴承频繁损坏的问题。根据所了解的信息，在全国很多发电厂和大型生产企业中，高压电机几乎都存在着此类问题。所以，我们今后将进一步探讨、努力，将先进而成熟的电机轴承改造技术更广泛地应用到实际的工作中去，为电力及其他事业的发展作出更大的贡献。
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