中小型异步电动机转子转轴弯曲处理方案

乐勇豪

(镇海石化建安工程有限公司，浙江宁波 315207)

0 引言

异步电动机转子是电动机的核心部件之一，主要由转子绕组(包括鼠笼条等)、转子铁心、转子转轴三大部分组成。其中转子绕组和转子铁心的作用为增强磁路电磁力。转子转轴的作用是传递转矩，实现电能与机械能的转换。转子转轴一般由中碳钢或合金钢通过热处理后加工而成。电动机转子转轴弯曲一般在轴伸端和风叶端，轴伸(轴头)端一般为负荷端，故障率最高，轴头最容易弯曲。转子结构外形图见图1。

图1 转子外形图

1 转子转轴弯曲的危害

电动机在运行中，如果发生转轴弯曲，就会使电动机振动增大，引起的后果：使联轴器损坏；使轴承磨损加剧，甚至引起轴承故障；使电机绕组松动，绕组绝缘寿命降低，甚至造成绕组绝缘击穿；使电机附件振坏。

转轴弯曲严重时还会引起电机转子与定子铁心相互摩擦(扫膛)，严重时造成线圈烧毁。发生转轴弯曲，还会使轴承跑外套，端盖磨损，严重时造成端盖开裂报废。电动机日常运行中转轴弯曲危害重大，如何处理好电动机转轴弯曲这一故障，是保证电动机平稳运行的一项关键因数。以某石化厂为例，平均每年都会在电动机检修过程中发现几十例转轴弯曲的故障事例，小至0.25 kW的加药泵、计量泵电机，大到500 kW、600 kW的高压电机，其中轴头单侧受径向力严重的空冷电机，长期机械疲劳损伤(插入式联接、泵与电机为同轴)的电机最为常见。2019年7月，某石化厂常减压装置P118A(280 kW 6 000 V)高压电机在运行中垂直振动从2.8 mm/s增大到4.0 mm/s，观察半天后又增大到7.1 mm/s，立即停机检修，发现负荷端轴头跳动达0.15 mm且前轴承档磨损严重。原因分析为电机长周期满负荷运行，机械疲劳损伤所致。随后对电机转轴弯曲进行校正处理，处理后电机投入运行，各项指标正常，电动机振动≤2.2 mm/s。

2 原因分析

电动机转子转轴弯曲原因有多种，有设计制造、加工精度方面的原因。如检查发现2019年5月国内某厂刚出品的一台中心高450 mm三相异步电机负荷端轴头跳动达0.11 mm，出厂时轴头跳动就已超标。有使用方面的原因：电机过负荷运行，长期振动超标运行，长期轴头单侧受径向力严重(皮带联接)，长期机械疲劳损伤(插入式联接、泵与电机为同轴)。也有检修装配、日常维护不当的原因：装配不当、装配不到位、轴承维护不当。上述这些原因都会引起转轴弯曲。

排除厂家设计制造和加工精度的原因。在日常工作中如何发现电动机转轴弯曲，进行修复处理，防止因转轴弯曲造成电动机故障，主要有以下三个措施：

(1) 电动机运行中，关注振动是否变大、声音是否有异常。如振动变大超标、声音异常，就要停机检查，其中轴头跳动也是重点检查项之一。

(2) 电机检修前、检修中对轴头进行径向跳动测量，是否符合标准。

(3) 如轴头跳动超过标准，须制定修复方案(视弯曲量制定不同方案)。

电动机轴头跳动行业标准JB/T 10391—2002《Y系列三相异步电动机》中轴伸长度一半处的径向圆跳动公差应符合下表的规定，径向圆跳动公差表见表1。

表1 径向圆跳动公差表 单位：mm

3 90 kW以上电动机几种常见的转轴弯曲处理方案

(1) 热校正法。此法一般适合校正轴头弯曲量较小、轴径较细(跳动<0.10 mm、轴径<φ80 mm)的转轴。具体操作步骤为：在车床或磨床上通过百分表打表找到轴头弯曲的部位，弯头向上(轴头弯曲部分朝上)，用气焊或丁烷喷灯在弯曲部位均匀加热，同时用百分表监测轴头弯曲尺寸；随着温度的上升，轴膨胀，等加热到一定温度(不超过500 ℃)时，轴头弯曲量变小，此时停止加热，并用湿布快速覆盖缠绕到转轴加热部位，再用干冰制成的冰袋迅速覆盖到湿布上给转轴加热部位快速降温、塑形。一次未能校直，可多次重复进行。需要注意的是加热温度要控制好，不能超过500 ℃。

(2) 喷涂、机械加工校正法。此法一般适合校正轴头弯曲量较大(跳动<1.0 mm)的转轴。具体操作步骤为：在车床上找到弯曲的部位，在转轴开始弯曲的部位整体对弯曲部分进行喷涂或激光熔覆，厚度一般要超过弯曲量的2.5倍。喷涂或激光熔覆完成后再对转轴进行车床、磨床的精加工，使转轴的轴头跳动符合标准，动平衡检验合格。

(3) 接轴校正法。此法适用于电机非负荷端转轴弯曲，适合校正转轴弯曲量非常大(跳动<30 mm)的转轴。具体操作步骤为：在车床上找到弯曲的部位，把转轴开始弯曲的部位锯掉，在留下的轴断面上钻一个凹型阶梯孔。

重新找一根毛胚轴(比锯掉的那段轴略长略粗)，把毛胚轴的一端加工成凸型阶梯状。

凸型阶梯与凹型阶梯为过盈配合，过盈量不大于0.05 mm。把凹型阶梯断轴进行加热，热套在凸型阶梯轴上。凹、凸型阶梯轴配合图见图2。

图2 凹、凸型阶梯轴配合图

再对结合面进行焊接处理。在焊接前，把整根转轴用烘箱预热到200 ℃左右，再进行焊接，焊接完以后，用防火布将整根转轴包裹严实，防止它冷却过快，直至转轴自然冷却到常温，经着色、探伤合格后，初步接轴完成。下一步，再对接上去的毛胚轴那段进行车床、磨床的精加工，对整根轴进行尺寸复核，使转轴的轴头跳动符合标准，动平衡检验合格。2019年2月，某化工厂油品车间B364(560 kW 6 000 V)一台高压电机后风叶端轴承故障。经查电机从风叶端轴承档开始弯曲，轴头跳动达到25 mm，用接轴法进行处理，修复后的电机运行数据良好。接轴实例图见图3～图5。

图3 凹、凸型阶梯轴配合实例图

图4 转轴结合面焊接实例图

图5 接轴部分精加工实例图

(4)更换转轴。转轴严重弯曲、开裂、磨损情况下需更换转轴。具体操作步骤为把故障转轴用油压机从转子铁心中压出并测绘好尺寸，新轴按尺寸加工好后压入转子铁心内，再连同转子一起上机床精加工。对整根轴进行尺寸复核，轴头跳动符合标准，动平衡检验合格。2019年3月份，某化工厂常减压装置P103A电机负荷端轴承故障。经查，电机从前轴承档开始弯曲，轴头跳动达到15 mm，更换转轴并加工后电机运行数据良好。一般高压电机更换转轴后，为检验电机运行工况及轴功率，需做对拖型式试验。对拖型式试验实例图见图6。

图6 对拖型式试验实例图

以上四种为常见的转轴弯曲处理方案。第一种热校正法，校正量微小，对作业人员技术要求较高，温度的掌握尤为重要。第二种喷涂、机械加工校正法最为常用，其加工处理时间短，轴功率保持不变，处理成本也较低，但校正量不大。第三种接轴校正法，适用于非负荷端，加工时间较长，轴功率会有下降，但对于故障大的转轴，处理成本相对较低。第四种更换转轴法，处理成本较大，加工处理时间较长，适用于故障大的转轴处理，其中高压电机必须做对拖型式试验。

4 结论

在日常电动机运行或检修中，要重视转轴弯曲，要加强转轴弯曲的检查，有效避免设备事故的发生，让转轴弯曲、轴头跳动超标得到及时修复。在满足检修时间、质量、费用的情况下，选择好合适的修复方案，转轴处理后基本不会影响原电机的使用性能。近两年，在某石化厂，我们通过不同的修复方法成功处理了60余台电动机转轴弯曲故障，保证了装置电动机能及时恢复正常运行，提高了设备运行的安全可靠性和经济性。