一次风机电机轴承损伤的原因分析及处理

■ 神华神东电力热电公司上湾热电厂 刘世雄

1 设备概况及存在的问题

神华神东电力热电公司上湾三期工程装机容量为2×150 MW，1号、2号机组分别于2009年10日和2009年12月投入运行。与之相配套的锅炉一次风机电动机型号为YKK560-4，额定功率为1400 kW，额定电压6 kV，2台发电机组共4台风机电机。每台电动机有2导向轴承(型号为NU232ECM/C3)和l推力轴承(型号为6232/C3)，均为SKF进口轴承。在投运初期，1号炉一次风机B电动机发生烧损事故，更换烧损轴承继续投运。运行不到3个月，该电机出现异常声音，振动加大，且声音逐步增大。测量振速(mm/s)：负荷侧轴承垂直5.7、水平4.1、轴向6.6；非负荷侧轴承垂直25.3、水平10.1、轴向6.7。远超过M＜2(min/s)的正常值，个别参数已超过M≥7(mm/s)的危险值。返厂后进行解体后发现电机两侧轴承损伤严重，经分析初步认为属于轴电流损伤轴承。随后2台机组的另3台一次风机电动机均陆续出现异常声音，振动加大，且声音逐步增大的情况，出现问题与一次风机B电动机一致，经初步分析认为也应属轴电流损伤轴承所致。此问题已严重影响到机组的安全、稳定运行。为此，在2010年3月起生产厂家对1号、2号炉的4台一次风机电机依次进行改造。

2 原因分析

返厂进行解体后发现电机两侧轴承损伤严重(如图1所示)。经初步分析认为属于轴电流损伤轴承所致，而造成一次风机B电动机轴承受损的主要原因为：磁通脉动造成的轴电压累积，使油膜击穿形成轴电流，轴电流持续不断地对轴承内圈放电，导致轴承滚道产生麻点，这种损害不断扩大，在滚道上形成搓板状的伤痕。此时，电动机的异常声音非常明显，振动幅度达到并超过危险值。

图l 1号炉一次风机B电动机轴电流损伤轴承情况图

2.1 轴电流产生的原因

电动机运行时，转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压，若轴两端通过电机机座等构成回路，则轴电压形成了轴电流。轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。一般工频电机轴电压产生的原因主要是：(1)磁场不对称；(2)供电电流中有谐波；(3)制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀；(4)可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙；(5)有扇形叠成的定子铁心的拼片数目选择不合适等原因造成，但这些原因归根到底还是磁通脉动造成的，是制造厂在制造电机时，由于制造的定子、转子沿铁心圆周方向的磁阻不均，产生与转轴交链的磁通，从而感应出电动势。

2.2 轴电流的危害

轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座构成闭合回路产生的。在正常情况下，电动机的轴电压较低，轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用，不会产生轴电流。但当轴电压较高，或电机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。轴电流局部放电能量释放产生的高温，可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域，并形成凹槽，从而产生噪声、振动，若不能及时发现处理将导致轴承运转性能恶化，最终造成轴承烧毁。对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短，轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几个小时，就会给现场安全生产带来极大的影响。

2.3 电机轴电压的限值

几乎所有的电机运转时或多或少都会产生轴电压，电动机所允许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流流经路径的阻抗等许多因素有关。因此，轴电压的限值难以具体规定。目前，国内或IEC还没有对轴电压或轴电流限值的明确规定。只有个别厂家或研究机构对轴电压等提出一些建议或规定：如西门子公司规定电机出厂空载轴电压要限制在350 mV以内，如果超过该值，轴承必须绝缘。实践中，对于滚动与滑动轴承，通常可按表1所列范围适当掌握轴电压限值。

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虽然电机因各种原因产生的轴电压很低，只有0.5～2 V左右，但因电流回路阻抗很小，所以将有很大轴电流产生，对电机滚动轴承危害很大。使用滚动轴承的大中型电机，一旦发生轴承损坏事故，在检修中要特别注意检查轴承表面痕迹。凡是轴电流引起的烧伤，在拆除轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的重要特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。

3 处理措施

3.1 防止轴电流方案

轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的，对于用户而言无法避免。但轴电压造成损害必须具备2个条件：一是轴电压存在，二是轴承的绝缘(润滑油膜)破坏，给轴电流提供了通路，二者缺一不可。既然轴电压无法避免，就应把重点放在轴电流的防治上。由图2看出只要切断任意2只轴承(前轴承、后轴承)的电流通道，闭合回路就不能形成。

3.2 电机修复

处理根据目前电机状况对1号炉一次风机B电动机制定如下修复方案：(1)将电机非负荷侧(后轴承侧)的轴承端盖改为防轴电流绝缘端盖。(2)更换电机轴承、电机外风扇和外风罩。(3)电机重校动平衡和转子外圆同心度。(4)电机总装出厂试验合格。

3.3 绝缘端盖的制成品及总装

电机的绝缘端盖应有效解决电机存在的轴电流对电机轴承的电腐蚀的问题。其结构包括端盖、轴承套、螺钉、轴承室。端盖、轴承套之间通过螺钉连接，端盖和轴承套的接触面之间设有绝缘垫圈，螺钉外设有绝缘管，螺钉的头端和端盖之间设有绝缘垫圈，即在端盖、轴承套、螺钉之间设有绝缘垫圈、绝缘管、绝缘垫圈，通过螺钉将端盖和轴承套及轴承室隔开。

绝缘端盖装配如图3所示。

改造后，电机非负荷侧(后轴承侧)的轴承端盖结构有较大改变，改造前后如图4所示。

4 效果

1号炉一次风机B电动机在2010年3月起改造投运后，测得各项参数正常。温度：负荷侧轴承59 ℃，非负荷侧轴承44 ℃，电机本体53 ℃；振动(mm)：负荷侧轴承垂直0.005、水平0.022、轴向0.018；非负荷侧轴承垂直0.003、水平0.021、轴向0.012；电机本体垂直0.008、水平0.021、轴向0.006。振速(mm/s)：负荷侧轴承垂直0.4、水平1.6、轴向1.3；非负荷侧轴承垂直0.5、水平1.5、轴向1.3。自改造投运以来一直保持正常参数生产连续运行，取得了良好效果。

2010年3月至4月对其余3台电动机在现场全部进行了改造，效果明显。通过长时间的稳定运行，证明这种方法对防治大型交流异步电动机轴电流的危害是合理可行的。另采用绝缘端盖需要特别注意结合处因脏污短路影响绝缘以及固定螺钉和定位销钉等的套管和垫片的绝缘。