0引言

    電機抱軸故障是指軸承在運轉(zhuǎn)過程中由于自身或其它原因引起急劇發(fā)熱,致使軸承抱死在電機轉(zhuǎn)子端軸上,嚴(yán)重時造成電機輸出軸扭曲變形,燒毀繞組。防爆電機相對于普通Y系列電機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,電機轉(zhuǎn)動部分軸孔配合間隙較小,更易發(fā)生軸承抱死故障。碳素制品生產(chǎn)行業(yè)因環(huán)境存在大量導(dǎo)電粉塵多采用防爆電機,抱軸故障影響著電機正常的安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn),關(guān)系到整個碳素生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行。本文通過分析防爆電機發(fā)生抱軸故障的原因,闡述了相對應(yīng)的預(yù)防措施,通過現(xiàn)場實踐有效的避免了防爆電機抱軸故障的發(fā)生。

1抱軸故障原因分析

    造成電機抱軸故障的原因很多,主要有軸承原因、潤滑原因、電氣原因、檢修質(zhì)量原因、環(huán)境原因等。

1.1軸承原因

    滾動軸承是防爆電機轉(zhuǎn)子的支持點和定位點。滾動軸承損壞是造成防爆電機抱軸故障的重要原因。對2005年到2007年我單位高壓離心風(fēng)機用防爆電機故障統(tǒng)計分析,60%以上的故障是防爆電機抱軸故障引起的電機損壞,主要表現(xiàn)為運行中軸承溫度逐漸升高、軸承響聲異常、振動量增大、最后導(dǎo)致電機抱軸和繞組燒損。導(dǎo)致防爆電機抱軸的軸承問題包括兩個方面。

    第一、達(dá)到設(shè)計壽命引起的軸承損壞。軸承長時間在高速運轉(zhuǎn)下滾子和保持架上的慣性力及旋轉(zhuǎn)摩擦阻力相互作用,產(chǎn)生摩擦熱逐漸使?jié)L動體及滾道表面發(fā)生金屬疲勞,引起軸承抱死燒毀繞組。滾動軸承的壽命:計算可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO281一1997的計算公式:

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定防爆電機滾動軸承的設(shè)計壽命一般不低于4000小時。在此壽命以內(nèi)的軸承不應(yīng)有內(nèi)外圈和球體疲勞損壞,但其工作壽命與軸承轉(zhuǎn)速、潤滑狀況及其它因素有關(guān)。

    第二、軸承選型不適引起的軸承損壞。防爆電機的軸承選型涉及的因素很多,重要的方面包括軸承的極限轉(zhuǎn)速、承載能力、游隙及噪聲因素。這些問題直接或間接的影響了防爆電機軸承的運行狀況,都與抱軸故障存在密切關(guān)聯(lián)。軸承的極限轉(zhuǎn)速取決于軸承的類型、潤滑、負(fù)荷等多種因素。防爆電機一般采用非調(diào)整式軸承,內(nèi)部間隙在軸承出廠時已定死,在使用過程中只選擇合適的游隙、等級和配合。例如2極高壓風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速一般在2970mr/in左右,選有是球滾動軸承。通常選用3#鏗基潤滑脂時,軸承的極限轉(zhuǎn)速應(yīng)高于電機的額定轉(zhuǎn)速30%以上。合理選擇相應(yīng)承載能力的軸承是保障軸承使用壽命的重要因素,相關(guān)資料顯示2極高壓風(fēng)機軸承負(fù)荷以大于2倍最小負(fù)荷為宜,常期運行在3倍左右軸承最小負(fù)荷狀態(tài)較好。軸承游隙越大噪聲越大,相應(yīng)振動亦越大。2極高壓風(fēng)機使用的球軸承運行在0.05~0.15游隙,電機運行較為穩(wěn)定,振動與噪音符合電機運行規(guī)程中的規(guī)定值。當(dāng)工作游隙增加時,滾動體要承受高頻率、高強度的載荷沖擊,使疲勞劣化趨勢顯著增加,易造成軸承滾動體的剝離。由于高壓風(fēng)機的自身振動和裝配原因,不適宜選擇正游隙。選擇時必須根據(jù)不同的現(xiàn)場工況條件選擇適當(dāng)?shù)妮S承游隙,不易過大或過小。

1.2潤滑原因

    軸承潤滑的目的是要在軸承的滾道、滾動體及保持架相互接觸的部分形成一層油膜,以防止各面直接接觸,具有減少摩擦及磨損、排出熱量、延長使用壽命的作用。防爆電機滾動軸承的潤滑方式一般采用脂潤滑。造成防爆電機抱軸故障潤滑方面主要包括潤滑脂選型不適當(dāng)和加入量不適當(dāng)兩個方面。

    第一選型:潤滑脂主要由基礎(chǔ)油、增稠劑、添加劑組成。選用潤滑脂時,應(yīng)考慮軸承的工作溫度、工作速度、軸承種類與大小、負(fù)荷狀況、外部環(huán)境等因素。主要指標(biāo)來自兩方面的考慮,首先是粘度選擇,潤滑脂的粘度是形成潤滑油膜的基本因素,在低轉(zhuǎn)速的工況條件下,選擇高粘度。反之在高轉(zhuǎn)速的工況條件下,選擇低粘度。其次是工作溫度選擇,主要指標(biāo)應(yīng)是滴點,同時考慮氧化安定性和低溫性能。不適當(dāng)?shù)臐櫥粌H會縮短軸承壽命,嚴(yán)重時將引起防爆電機抱軸故障。

    第二加入量:軸承潤滑脂加入過多過少都將無法起到應(yīng)有的潤滑效果,而使軸承運行中摩擦加劇.溫度升高,過早出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象,縮短使用壽命,增加抱軸故障發(fā)生機率。

1.3檢修質(zhì)量原因
防爆電機相對于普通Y系列電機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,電機轉(zhuǎn)動部分配合間隙較小。檢修過程中不正確的安裝方法,使軸承外圈受擠壓變形,吃掉軸承游隙,研傷軸承,引起發(fā)熱導(dǎo)致軸承燒損造成抱軸,拆檢中多次發(fā)現(xiàn)軸承軌道研傷現(xiàn)象。安裝軸承時采用冷砸法,會使軸承受到強烈沖擊產(chǎn)生傷痕,敲擊時使用的銅棒及墊鐵易造成屑沫飛濺,落入軸承軌道內(nèi),研傷軌道和球體。其次由于在碳素生產(chǎn)環(huán)境中存在大量的粉塵,現(xiàn)場檢修軸承碳素粉塵易進(jìn)入軸承內(nèi)部,降低潤滑效果。

1.4電氣原因
    由于防爆電機轉(zhuǎn)軸與軸承間的潤滑油膜,起到絕緣的作用。正常情況較低的軸電壓,因潤滑油膜的絕緣性能,不會產(chǎn)生軸電流。但是當(dāng)電機出現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子氣隙不均勻或其它原因造成的定子磁場不平衡等故障,使轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)電壓增加到一定數(shù)值時,軸電壓將擊穿油膜而放電構(gòu)成回路。軸電流將從軸承的內(nèi)外圈及球體金屬接觸點通過,在瞬間產(chǎn)生高溫,使軸承局部燒熔,形成金屬飛濺,軸承軌道及球體表面上燒出小凹坑,通常表現(xiàn)為軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。軸承運行狀況受到破壞,繼續(xù)運行引起抱軸故障。另外電機因過載運行、堵轉(zhuǎn)、悶車、過電壓、過電流,保護(hù)機構(gòu)失靈,造成電機發(fā)熱嚴(yán)重,達(dá)到潤滑脂滴點后,軸承室內(nèi)潤滑脂流出,油摸受到破壞,摩擦熱量極劇增大,極短時間導(dǎo)致抱軸故障。

2預(yù)防防爆電機抱軸的措施

2.1根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的工況條件選擇合適軸承
    軸承質(zhì)量是保證防爆電機安全穩(wěn)定運行的前提條件。在裝配前要進(jìn)行外觀檢查和間隙測量。型號、規(guī)格、等級參數(shù)逐一落實并記錄。條件許可時以塞尺或千分表進(jìn)行軸承外徑、內(nèi)徑及游隙測量。按GB/T307一94標(biāo)準(zhǔn)防爆電機一般采用G、E級軸承,游隙按ISO5753一1991應(yīng)選擇C0組游隙,高速風(fēng)機類電機易選擇C3組游隙。在實際應(yīng)用中建議選用大游隙的G級軸承。在指標(biāo)范圍內(nèi)選用少大游隙的滾動軸承,雖然軸承噪聲大一些,但有利于降低滾動軸承的運行溫度,保證軸承的使用壽命。防爆電機滾動軸承間隙見下表1。

2.2選擇適宜防爆電機的潤滑脂
    原則品牌不同的潤滑脂不能溷用。建意采用L一XBCHA3鋰基潤滑脂。停機3個月后再次投用的防爆電機,應(yīng)重新加注潤滑脂。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)加入潤滑脂,3000r/min轉(zhuǎn)速的電機加入1/3軸承腔、1500r/min轉(zhuǎn)速的電機加入1/2軸承腔。潤滑脂使用一段時間后特性會降低應(yīng)及時更換或補充。軸承每運轉(zhuǎn)2500小時盡量更換潤滑脂。有加排油裝置的按照標(biāo)準(zhǔn)每運行1000小時補加25g。軸承溫度超過80℃時,軸承溫度每上升10℃,潤滑脂的更換或補充間隔時間減少一半。

2.3檢修質(zhì)量
    防爆電機檢修必須嚴(yán)格按照檢修規(guī)程進(jìn)行。為了防止軸承內(nèi)圈與軸、外圈與端蓋在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生相對滑動(走內(nèi)圈或走外圈),保證穩(wěn)定運行工作游隙,必須選擇正確的配合。軸承外圈與電機端蓋、軸承內(nèi)圈與電機轉(zhuǎn)子出軸的配合,要附合要求,配合標(biāo)準(zhǔn)見下表2和表3。

在檢修過程中軸與內(nèi)圈采用適當(dāng)?shù)木o配合是防止走內(nèi)圈有有效方法,電機端蓋內(nèi)孔尺寸控制上偏差,電機出軸臺按下偏差控制,保證軸承裝配后的自由狀態(tài)。

    拆裝軸承時作用力要作用在滾動軸承的內(nèi)圈上。清洗軸承易分粗洗和精洗兩步進(jìn)行,清潔劑須完全揮發(fā)后再加注潤滑脂。熱裝軸承時溫度不能超過100度。一般采用油加熱時應(yīng)注意防止軸承直接接觸加熱底板,建意使用軸承電磁加熱器加熱,溫度均勻且易控制。電機安裝時應(yīng)保證電機中心線一致,否則易引起抱軸故障,常用的聯(lián)軸器的間隙應(yīng)符合下表4規(guī)定。

2P電機對中找正時必須采用百分表或激光對中儀等儀器進(jìn)行,以減少對中偏差,推行二次找正制度,在運行24小時后進(jìn)行第二次的找正調(diào)整。

2.4定期監(jiān)測軸電壓

    使用3~10V高內(nèi)阻變流電壓表測量電機軸兩端的電壓及機座和軸承間電壓,軸電壓應(yīng)保持在2~3V,軸電流不超過500MA。如超過標(biāo)準(zhǔn)可以在電機端蓋內(nèi)孔進(jìn)行絕緣材料噴涂或使用絕緣材料為電機端蓋內(nèi)孔加套,以切斷渦流通路。定期檢查防爆電機保護(hù)器件的靈敏性,保證在發(fā)生過電流、過電壓及其它電氣故障時保護(hù)器件動作靈敏運行可靠。

2.5建立健全防爆電機運行臺帳及相應(yīng)管理機制
    增強操作及檢修人員的責(zé)任意識。祥細(xì)登記小修及中修檢修記錄。安裝在線監(jiān)測設(shè)備,實時記錄運行參數(shù),做好劣化趨勢分析。

3運行中的檢查

    推行電機運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析軸承劣化趨勢,及時發(fā)現(xiàn)穩(wěn)患有計劃的安排檢修,有效避免抱軸故障的發(fā)生。
首先電機振動值必須在規(guī)定范圍。振動值見下表5。

其次電機溫度不超過85℃(溫度計法),軸伸端溫度小于60℃,此時的防爆間隙可保證電機正常運轉(zhuǎn)。還應(yīng)對電機的運行電壓和電流進(jìn)行監(jiān)測,保證電機運行出現(xiàn)過載、堵轉(zhuǎn)等異常時,電氣保護(hù)可靠動作。在沒有采用狀態(tài)在線監(jiān)測時,可以通過軸承滾動聲的大小及音質(zhì)進(jìn)行辨別,以區(qū)分正常與異常的不同聲音。在振動和溫度合格的前提下,軸承聲響連續(xù)、無周期性雜音;運行平穩(wěn)、無起伏;聲音均勻無尖叫,可以保障防爆電機可正常運行。
4結(jié)束語
綜上所述,造成防爆電機抱軸故障的原因是多方面的,預(yù)防抱軸故障需首先對軸承選型、潤滑、電氣和檢修采取相應(yīng)的措施,其次進(jìn)一步完善防爆電機運行臺帳及相應(yīng)管理機制,提高點巡檢及檢修人員的責(zé)任意識也是防止電機抱軸,保障其安全穩(wěn)定運行的有效措施。

作者：邢慶利  中國鋁業(yè)河南分公司碳素廠 450041