轧机减速箱轴承电蚀故障分析及处理

2021-01-05徐博明

设备管理与维修 2020年19期

徐博明

（青岛特殊钢铁有限公司装备部，山东青岛 266400）

0 引言

近来青岛特殊钢铁有限公司（以下简称“公司”）轧线区域部分轧机减速箱及电机频繁出现轴承电蚀故障，对公司的正常生产有较大影响，并且导致了大量备品配件消耗、设备检修费用的增加。为了解决减速箱轴承电蚀问题，开展了一系列的改造和攻关实践，最终解决了轧机减速箱电蚀问题。

1 旋转机械中的轴电流与电蚀

1.1 轴电流和轴电压

轴电流是在转轴中产生的一种有害电流，轴电压是两轴承端或转轴与轴承间的电压,是产生轴电流的直接原因。轴电压存在以后，如果在转轴及机座、壳体间形成了通路,就会相应地产生轴电流。电机产生轴电流的原因主要有如下4 个:①磁路不对称；②高次谐波；③外部电源的介入；④静电感应。如果电机转轴及轴承间有轴电流存在,减速箱轴承的使用寿命将会大大缩短。轴电流轻微的,可运行上千小时；轴电流严重的,甚至只能运行几小时。

1.2 轴承电蚀

当轴电流通过轴承时，在接触点击穿油膜放电，造成金属表面局部熔融形成弧坑或沟蚀；当电流通过运转中的轴承连续击穿油膜时，形成条状平行沟蚀（俗称“搓衣板”状）的现象称为电蚀。产生电蚀的原因主要有4 个：①电机接地不良；②电机或变频器谐波过大；③其他电气设备短路；④静电感应，其形状特征一般呈现斑点、密集凹坑状，有金属熔融现象，可以通过其形成的特征坑来判断轴承电流电蚀的大小。

2 减速箱轴承电蚀故障

2.1 电蚀故障的发现

通过对近两年公司轧线区域拆检设备轴承故障类型的分类分析，发现部分主减速箱拆检的轴承均为同一故障特征——轴承内圈、外圈滚道面出现搓衣板状凹坑，且触摸轴承表面有明显凹痕。对轴承的频谱进行分析，发现加速度包络图中有外圈故障频率及倍频且包络总值较大（图1），部分减速箱轴承反复出现此类现象。这类故障已经成为轧线区域停产检修的主要原因。

对照文献资料，确定该类故障为电蚀故障（图2）。

2.2 查找电蚀故障的原因

针对可能出现电蚀的原因收集大量资料进行比对分析，并结合现场实际梳理出减速箱轴承电蚀的原因可能有以下4 个：①电机的接地不良，轴电流传导至减速箱；②通往减速箱的油管带电；③现场电焊机随意搭接地线；④靠近高压设备的静电感应及电荷累积。

图1 故障轴承的加速度包络图

2.3 排查电蚀故障的过程

梳理出原因后开展了以下工作：首先，通过公司设备主管部门出台电焊机的使用规定，杜绝现场随意搭接和跨接接地线问题；其次，对现场的润滑油管和润滑油液进行了检测，未发现带电情况；经过查找现场不存在高压设备，电机电压为690 V，且两者距离500 mm 左右；最后，针对电机可能出现的接地不良问题，在电机接地碳刷原有接地的基础上增加一条接地线，直接与接地体相连。

图2 电蚀故障

经过一段时间的检验，发现电蚀故障并未消除，减速箱轴承依旧存在电蚀现象，于是又设计了一个方案，进行消除电蚀故障的验证。

选取所有电蚀故障中具有代表性的两台设备进行消除故障验证，均在减速箱高速轴端加装碳刷（半环抱转轴），碳刷与减速箱外壳相连（图3）。通过测量分析发现，新加装的减速箱碳刷可测出50 mA 以上的电流，电机碳刷端测得电流为28 mA，且加装此碳刷的设备已稳定运行3 个月未出现轴承电蚀故障（以前该设备运行40 d 即出现轴承电蚀迹象）。

为了从源头上解决轴承电蚀的问题，决定更换电机及变频器进行查找排除电流验证。选取故障设备中的一台设备，更换变频器后再次测量，减速箱端碳刷仍然可测出50 mA 以上的电流，而电机碳刷端测得电流仍为28 mA。由此判断，变频器不是产生轴承电蚀电流的源头。随后对其进行更换电机验证，再次测量减速箱端碳刷未发现电流，因此判断造成减速箱轴承电蚀的电流来源于电机端。