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汽前泵电机轴承故障原因与处理
来源: | 作者: | 发布时间: 4585天前 | 42 次浏览 | 分享到:

钟景祥 徐健 陈华辉

    1、概述

    某电在2#300MW汽轮发电机组,配套汽前泵电机(哈尔滨电机厂生产)型号Y4501-4,额定容量630kW,额定电压6kV,额定转速1482r/min,额定电流74AF级绝缘。电机轴伸端为NU 228滚柱轴承、6228滚轴承,非轴伸端为NU 228滚柱轴承。

    汽前泵电机自安装投运以来,电机非轴伸端轴承频繁发生异声和振动增大等异常现象,引起轴承损坏,检修后仅能维持一段时间的正常运转,随后情况又逐渐恶化。从国产轴承到进口轴承都曾更换过,每年约更换轴承3~4次,更换轴承周期最短的只有两个月。因该电机需要降低机组负荷到60℅左右,启动电动给水泵运行,才能停运汽前泵进行检修工作,已严重地影响到机组的安全高效、长周期稳定运行。

    2、轴承故障原因分析

    通过观察具有同样的轴承结构和安装方法的其他电机,均没有发生过此类问题,从而排除了由轴承安装工艺和轴承质量等因素方面所造成的原因。之后又通过对更换下的轴承损坏现象进行观察,发现基本上每次换下的轴承都是润滑脂流失,轴承发热,轴承滚动体有轴承内圈滚道表面光亮、有凹坑麻点都是由放电产生。由此初步判断为电机转子产生了较大的轴电压,并在此电压下产生较严重的轴电流。在正常情况下,转轴与轴承间有润滑油膜,起到绝缘作用。对于较低的轴电压,这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能,不会产生轴电流。然而当轴电压增加到一定数值时,尤其电机启动时,轴承内润滑油膜还未稳定形成,轴电压将击穿油膜而放电,电流通过转子和轴承与机壳形成电流回路。当滚动体在轴承的滚道上滚动和碾压时,轴电流产生放电小火花烧灼轴承引起损坏。同时轴承内圈滚道表面有洗衣搓板状条形烧伤痕迹,这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。

    在以往检修中,由于电机是根据轴承出现异常噪声和振动等故障特征进行检修,从而人为地认为是轴承质量差和转动磨损,再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少,缺少这方面的判断经验,从而忽略了轴电流这个关键因素。

    3、轴电流的危害

    由于滚动轴承维护方便、运行可靠,因此在中小型电机中得到广泛应用。但随着滚动轴承制造技术的发展,现代中、大型电机在制造时也多采用滚动轴承。实际上,采用此种轴承的大、中型电机在运行过程中,两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流存在,使轴承表面或滚珠(滚柱)受到侵蚀,形成点状微孔,使轴承运转性能恶化,摩擦损耗和发热增加,电机轴承使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时,严重的只能运行几小时,给安全生产带来极大影响,同时轴承损坏及更换带来直接和间接经济损失不可小计。因此,必须重视此类新投入运行的大、中型电机的轴电流危害。

    4、产生轴电流的原因

    造成轴电流的原因是由于沿铁心圆周方向磁阻不均,产生与转轴交链的磁通感应出电动势,轴电流产生原因可归纳如下:①由于磁路磁场不平衡,有与转轴相交链的旋转磁通存在;②转子绕组发生接地故障,有接地电流产生;③转轴上有剩余磁通,起单级发电机作用;④铁心材料方向性引起磁路的磁阻不均;⑤设计时选择扇形片数与极对数关系不正确;⑥由静电引起(一般静电电流较小,作用不会太大)。

    假设电机的极对数为p,定子铁芯接缝数为n,则分数n/p约分后为n/p,当n为偶数时,不会产生轴电流;当n为奇数时,会产生频率为fn的轴电流(f为电机电源频率)。比如电源频率为50Hz、4极电机,它的定子冲片接缝数为6,则n/p=6/2=3/1。N’=3是奇数,故该电机就有轴电流产生。轴电流频率为fn=50ⅹ3=150Hz。

    虽然电机因各种原因产生的轴电压只有0.5~2V,电压相对较低,但因其回路电阻极小,所以将有很大轴电流产生,轴电流值能达到十几安到几十安,对滚动轴承危害很大。

    5、消除轴电流的方法

    轴电压产生有多种因素,难以完全解决电机转子轴电压的产生,只有通过其他方式加以解决。一般现场采用如下处理方法:①轴伸端轴上安装接碳刷,以降低轴电位,接地碳刷与转轴可靠接触,保证转轴为零电位,以此消除轴电流;②为防止磁不平衡等原因产生轴电流,将电机非轴伸端的轴承室与端盖进行绝缘处理,以切断轴电流的通路。

    鉴于汽前泵电机的轴承室与端盖可拆解分离,决定采取第②种处理方法。利用机组小修机会,将电机非轴伸端的轴承室与端盖分离,用车床对轴承室外圆进行车削加工,外圆减小4mm并滚花,轴承室里的凸缘部分厚度车薄2mm,用于安装2mm厚的环氧玻璃纤维层压板绝缘垫圈。在轴承室车削后的外圆上连续缠包环氧无纬玻璃丝带,其外径比原有的外径尺寸大3mm,将轴承室放进电烘箱经150℃、24h高温固化后形成玻璃钢体,冷却后再上车床对内圆找正,将玻璃钢车削至原来轴承室的外径尺寸,轴承室的外圆就成了绝缘体。

    用2mm厚的环氧玻璃纤维层压板制成绝缘垫圈,其内圆等于轴承室外径,外圆比轴承室最大外圆尺寸大2~3mm,套在轴承室的凸缘上。将固定轴承室的螺栓外表套上绝缘套筒和绝缘垫圈,使轴承室安装在端盖上,与端盖之间有绝缘,完全切断轴电流与电机机壳的回路,改进后的轴承室结构见图1。

    6、效果

    汽前泵电机非轴伸端的轴承室经过改进装配后,在电机运行中用一小段导线将轴承室与端盖短路触碰,发现有小火花产生,用数字万用表能测量到轴承室与端盖之间有1.2V轴电压,从而证明了处理之前有轴电流存在,而轴承室通过绝缘改进后,起到了阻断轴电流流过轴承的作用,电机运行至今再没有发生轴承噪声、振动和损坏等现象。

    通过对轴承室与端盖之间进行绝缘处理,彻底解决了汽前泵电机频发的轴电流损坏轴承故障,保障了汽前泵电机的长周期安全运行,同时也减少了更换轴承的维修成本损失,由此可见,之前的分析判断是正确的,改进也是成功的。