防爆电机抱轴故障的原因及预防

0引言

    电机抱轴故障是指轴承在运转过程中由于自身或其它原因引起急剧发热,致使轴承抱死在电机转子端轴上,严重时造成电机输出轴扭曲变形,烧毁绕组。防爆电机相对于普通Y系列电机结构较为复杂,电机转动部分轴孔配合间隙较小,更易发生轴承抱死故障。碳素制品生产行业因环境存在大量导电粉尘多采用防爆电机,抱轴故障影响着电机正常的安全稳定运转,关系到整个碳素生产流程的顺利进行。本文通过分析防爆电机发生抱轴故障的原因,阐述了相对应的预防措施,通过现场实践有效的避免了防爆电机抱轴故障的发生。

1抱轴故障原因分析

    造成电机抱轴故障的原因很多,主要有轴承原因、润滑原因、电气原因、检修质量原因、环境原因等。

1.1轴承原因

    滚动轴承是防爆电机转子的支持点和定位点。滚动轴承损坏是造成防爆电机抱轴故障的重要原因。对2005年到2007年我单位高压离心风机用防爆电机故障统计分析,60%以上的故障是防爆电机抱轴故障引起的电机损坏,主要表现为运行中轴承温度逐渐升高、轴承响声异常、振动量增大、最后导致电机抱轴和绕组烧损。导致防爆电机抱轴的轴承问题包括两个方面。

    第一、达到设计寿命引起的轴承损坏。轴承长时间在高速运转下滚子和保持架上的惯性力及旋转摩擦阻力相互作用,产生摩擦热逐渐使滚动体及滚道表面发生金属疲劳,引起轴承抱死烧毁绕组。滚动轴承的寿命:计算可依据标准ISO281一1997的计算公式:

    标准规定防爆电机滚动轴承的设计寿命一般不低于4000小时。在此寿命以内的轴承不应有内外圈和球体疲劳损坏,但其工作寿命与轴承转速、润滑状况及其它因素有关。

    第二、轴承选型不适引起的轴承损坏。防爆电机的轴承选型涉及的因素很多,重要的方面包括轴承的极限转速、承载能力、游隙及噪声因素。这些问题直接或间接的影响了防爆电机轴承的运行状况,都与抱轴故障存在密切关联。轴承的极限转速取决于轴承的类型、润滑、负荷等多种因素。防爆电机一般采用非调整式轴承,内部间隙在轴承出厂时已定死,在使用过程中只选择合适的游隙、等级和配合。例如2极高压风机电机的转速一般在2970mr/in左右,选有是球滚动轴承。通常选用3#铿基润滑脂时,轴承的极限转速应高于电机的额定转速30%以上。合理选择相应承载能力的轴承是保障轴承使用寿命的重要因素,相关资料显示2极高压风机轴承负荷以大于2倍最小负荷为宜,常期运行在3倍左右轴承最小负荷状态较好。轴承游隙越大噪声越大,相应振动亦越大。2极高压风机使用的球轴承运行在0.05~0.15游隙,电机运行较为稳定,振动与噪音符合电机运行规程中的规定值。当工作游隙增加时,滚动体要承受高频率、高强度的载荷冲击,使疲劳劣化趋势显著增加,易造成轴承滚动体的剥离。由于高压风机的自身振动和装配原因,不适宜选择正游隙。选择时必须根据不同的现场工况条件选择适当的轴承游隙,不易过大或过小。

1.2润滑原因

    轴承润滑的目的是要在轴承的滚道、滚动体及保持架相互接触的部分形成一层油膜,以防止各面直接接触,具有减少摩擦及磨损、排出热量、延长使用寿命的作用。防爆电机滚动轴承的润滑方式一般采用脂润滑。造成防爆电机抱轴故障润滑方面主要包括润滑脂选型不适当和加入量不适当两个方面。

    第一选型:润滑脂主要由基础油、增稠剂、添加剂组成。选用润滑脂时,应考虑轴承的工作温度、工作速度、轴承种类与大小、负荷状况、外部环境等因素。主要指标来自两方面的考虑,首先是粘度选择,润滑脂的粘度是形成润滑油膜的基本因素,在低转速的工况条件下,选择高粘度。反之在高转速的工况条件下,选择低粘度。其次是工作温度选择,主要指标应是滴点,同时考虑氧化安定性和低温性能。不适当的润滑脂不仅会缩短轴承寿命,严重时将引起防爆电机抱轴故障。

    第二加入量:轴承润滑脂加入过多过少都将无法起到应有的润滑效果,而使轴承运行中摩擦加剧.温度升高,过早出现疲劳现象,缩短使用寿命,增加抱轴故障发生机率。

1.3检修质量原因
防爆电机相对于普通Y系列电机结构较为复杂,电机转动部分配合间隙较小。检修过程中不正确的安装方法,使轴承外圈受挤压变形,吃掉轴承游隙,研伤轴承,引起发热导致轴承烧损造成抱轴,拆检中多次发现轴承轨道研伤现象。安装轴承时采用冷砸法,会使轴承受到强烈冲击产生伤痕,敲击时使用的铜棒及垫铁易造成屑沫飞溅,落入轴承轨道内,研伤轨道和球体。其次由于在碳素生产环境中存在大量的粉尘,现场检修轴承碳素粉尘易进入轴承内部,降低润滑效果。

1.4电气原因
    由于防爆电机转轴与轴承间的润滑油膜,起到绝缘的作用。正常情况较低的轴电压,因润滑油膜的绝缘性能,不会产生轴电流。但是当电机出现定子和转子气隙不均匀或其它原因造成的定子磁场不平衡等故障,使转轴上产生感应电动势。当电压增加到一定数值时,轴电压将击穿油膜而放电构成回路。轴电流将从轴承的内外圈及球体金属接触点通过,在瞬间产生高温,使轴承局部烧熔,形成金属飞溅,轴承轨道及球体表面上烧出小凹坑,通常表现为轴承内表面被压出条状电弧伤痕。轴承运行状况受到破坏,继续运行引起抱轴故障。另外电机因过载运行、堵转、闷车、过电压、过电流,保护机构失灵,造成电机发热严重,达到润滑脂滴点后,轴承室内润滑脂流出,油摸受到破坏,摩擦热量极剧增大,极短时间导致抱轴故障。

2预防防爆电机抱轴的措施

2.1根据现场设备的工况条件选择合适轴承
    轴承质量是保证防爆电机安全稳定运行的前提条件。在装配前要进行外观检查和间隙测量。型号、规格、等级参数逐一落实并记录。条件许可时以塞尺或千分表进行轴承外径、内径及游隙测量。按GB/T307一94标准防爆电机一般采用G、E级轴承,游隙按ISO5753一1991应选择C0组游隙,高速风机类电机易选择C3组游隙。在实际应用中建议选用大游隙的G级轴承。在指标范围内选用少大游隙的滚动轴承,虽然轴承噪声大一些,但有利于降低滚动轴承的运行温度,保证轴承的使用寿命。防爆电机滚动轴承间隙见下表1。

2.2选择适宜防爆电机的润滑脂
    原则品牌不同的润滑脂不能混用。建意采用L一XBCHA3锂基润滑脂。停机3个月后再次投用的防爆电机,应重新加注润滑脂。严格按照标准加入润滑脂,3000r/min转速的电机加入1/3轴承腔、1500r/min转速的电机加入1/2轴承腔。润滑脂使用一段时间后特性会降低应及时更换或补充。轴承每运转2500小时尽量更换润滑脂。有加排油装置的按照标准每运行1000小时补加25g。轴承温度超过80℃时,轴承温度每上升10℃,润滑脂的更换或补充间隔时间减少一半。

2.3检修质量
    防爆电机检修必须严格按照检修规程进行。为了防止轴承内圈与轴、外圈与端盖在运转过程中产生相对滑动(走内圈或走外圈),保证稳定运行工作游隙,必须选择正确的配合。轴承外圈与电机端盖、轴承内圈与电机转子出轴的配合,要附合要求,配合标准见下表2和表3。

在检修过程中轴与内圈采用适当的紧配合是防止走内圈有有效方法,电机端盖内孔尺寸控制上偏差,电机出轴台按下偏差控制,保证轴承装配后的自由状态。

    拆装轴承时作用力要作用在滚动轴承的内圈上。清洗轴承易分粗洗和精洗两步进行,清洁剂须完全挥发后再加注润滑脂。热装轴承时温度不能超过100度。一般采用油加热时应注意防止轴承直接接触加热底板,建意使用轴承电磁加热器加热,温度均匀且易控制。电机安装时应保证电机中心线一致,否则易引起抱轴故障,常用的联轴器的间隙应符合下表4规定。

2P电机对中找正时必须采用百分表或激光对中仪等仪器进行,以减少对中偏差,推行二次找正制度,在运行24小时后进行第二次的找正调整。

2.4定期监测轴电压

    使用3~10V高内阻变流电压表测量电机轴两端的电压及机座和轴承间电压,轴电压应保持在2~3V,轴电流不超过500MA。如超过标准可以在电机端盖内孔进行绝缘材料喷涂或使用绝缘材料为电机端盖内孔加套,以切断涡流通路。定期检查防爆电机保护器件的灵敏性,保证在发生过电流、过电压及其它电气故障时保护器件动作灵敏运行可靠。

2.5建立健全防爆电机运行台帐及相应管理机制
    增强操作及检修人员的责任意识。祥细登记小修及中修检修记录。安装在线监测设备,实时记录运行参数,做好劣化趋势分析。

3运行中的检查

    推行电机运行状态的在线监测。根据监测数据分析轴承劣化趋势,及时发现稳患有计划的安排检修,有效避免抱轴故障的发生。
首先电机振动值必须在规定范围。振动值见下表5。

其次电机温度不超过85℃(温度计法),轴伸端温度小于60℃,此时的防爆间隙可保证电机正常运转。还应对电机的运行电压和电流进行监测,保证电机运行出现过载、堵转等异常时,电气保护可靠动作。在没有采用状态在线监测时,可以通过轴承滚动声的大小及音质进行辨别,以区分正常与异常的不同声音。在振动和温度合格的前提下,轴承声响连续、无周期性杂音;运行平稳、无起伏;声音均匀无尖叫,可以保障防爆电机可正常运行。
4结束语
综上所述,造成防爆电机抱轴故障的原因是多方面的,预防抱轴故障需首先对轴承选型、润滑、电气和检修采取相应的措施,其次进一步完善防爆电机运行台帐及相应管理机制,提高点巡检及检修人员的责任意识也是防止电机抱轴,保障其安全稳定运行的有效措施。

作者：邢庆利  中国铝业河南分公司碳素厂 450041

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