挤压机组熔融泵电机轴承故障分析及对策

2022-08-12卫小科刘文皓

设备管理与维修 2022年13期

卫小科，刘文皓

（中国石油广东石化公司化工生产二部，广东揭阳 515200）

0 引言

ZSK320 捏合型同向旋转双螺杆挤压机由德国Coperion 公司生产，设计最大负荷46 t/h，正常负荷为37.5 t/h，主电机通过减速箱将转速由1480 r/min 降至269 r/min 或202.3 r/min，减速箱有两档转速，停机状态下可通过手动进行切换。减速箱带动螺杆对树脂进行机械剪切、捏合、混炼，使物料变成熔融流体后送至开车阀，经熔融泵加压后通过换网器滤出杂质，再经模板的模孔挤出，由切粒机进行水下切粒。

熔融泵YM-7004 电机由西门子旗下的LOHER 公司生产，电机功率1400 kW，转速设计1490 r/min，属双侧绝缘电机。熔融泵电机参数见表1。

表1 熔融泵电机参数

1 故障现象及检修情况

1.1 故障经过

熔融泵电机为独台设备，从2014 年开车已运行4 年，日常巡检中发现轴承有轻微的杂音，于2018 年5 月13 日检修期间进行解体，更换两侧轴承，检修后挤压机组于6 月27 日2：30开车，运行201 min 后手动停车，于当日9：21 重新开车。6 月27 日15：44，因熔融泵电机前端轴承温度高达155 ℃，触发联锁120 ℃停机（图1、表2）。

图1 DCS 监测前端轴承温度曲线

表2 2018 年6 月27 日熔融泵启停时间

从温度曲线可以看出，在15 min 内轴承温度从62 ℃陡升到155 ℃。从表2 可以看出，电机于2018 年6 月27 日2：19—9：21 先后经过6 次启动、停止，开机运行，共计运行时间589 min，最长运行时间为383 min。9：21 电机启动运行后，轴承温度从45 ℃历时383 min 缓慢升至62 ℃，保持稳定运行。

1.2 电机轴承拆解情况

现场发现输出端油盒和地面有较多黑色润滑油脂，判断为润滑脂高温变质后从轴端甩出。拆解联轴器，开盖前手动不能盘动电机。打开电机前端盖检查，前端深沟球轴承和滚柱轴承外圈盘不动。

拆卸滚柱轴承外圈后，发现轴承滚柱和内圈滚道均有明显的熔蚀划痕，滚柱有明显的划痕，但保持架完好（图2），滚柱轴承内圈已与轴粘连，用手提砂轮机切割内圈后发现轴颈部位的绝缘层已受损（图3）。

图2 滚柱轴承拆解情况

图3 轴颈绝缘层拆解情况

深沟球轴承保持架已多处断裂，滚珠、保持架表面变黑（图4）。拆开前端轴承内挡油盖，发现铜套脱落；拆开后端盖检查，轴承及轴径绝缘层完好，绝缘层阻值合格，轴承与轴之间绝缘垫片完好。

图4 深沟球轴承拆解情况

2 故障分析及处理措施

2.1 故障分析

（1）确认轴承备件是SKF 产品。通过联系SKF 总部要求派专业工程师到现场进行确认，对备件确认为SKF 产品。

（2）轴电流可引起轴承损坏。由于是高压变频电机，且功率较大，电气运转过程中在转子前后两端可能会产生感应电压，击穿润滑脂油膜从而形成感应电流，且加速润滑脂老化。但从装配测试数据和故障后的检测数据分析，可以排除感应电压产生轴电流的可能性。

（3）6030C3 轴承用在该电机上抱轴的可能性为70%。根据电气人员大检修时测得的原始数据：输出端轴径为150+0.035 mm，SKF 技术人员通过计算得出结论，球轴承6030C3用在该电机的工况下运转平均游隙为-0.079 mm，抱轴的可能性为61.25%。6030C3 的标准游隙0.046～0.091 mm，此次抱轴不排除轴承游隙为下限的可能性。由于电机运行时平均游隙为负值，球轴承处于抱紧状态运行，不能形成正常的油膜，发热量较大，使润滑脂劣化；由于球轴承安装于内侧，外侧有滚柱轴承的阻挡，再加上测温点在外侧的油盒上，测温点到滚柱轴承有15 mm 的距离，因此球轴承的高温未被监测到，直至将滚柱轴承的油脂烤干并使高温油脂挤出，才发生15min 内轴承温度陡升至155 ℃，联锁停车。

从轴承损坏情况分析，虽然球轴承是故障源，但其损坏程度比滚子轴成轻，其原因是球轴承只承受轴向力，受力很小，而滚子轴成承受2.6 t 转子的径向力，受力很大。

针对这种损坏机理存在的可能性较大，将修复的轴径最终尺寸确定为Φ150+0.015 mm，处于公差带的下限。经计算，抱轴的概率为10%，处于良好配合状态。

（4）润滑脂的加注量对轴承的影响。厂家资料对润滑脂的加注量有明确的要求，输出端加注量840 g，非输出端加注量42 g，润滑脂牌号为3#极压锂基脂，但在电气人员的大检修规程里未予以体现。润滑脂无论是加多加少对轴承的运行都有负面影响，尤其昰润滑脂涂抹量过少又不及时补加，会造成轴承的损坏。此次检修，电气人员只是在检修报告里描述了已涂抹润滑脂，但没说明涂抹量，也没提供相关照片和视频，这也是一个疑点。

针对这一情况对轴承安装进行过程监督，确认润滑脂的牌号及涂抹量符合标准。

2.2 处理措施

（1）对损坏的轴径进行激光涂覆、外圆精加工，最终尺寸Φ150+0.015 mm。该电机原设计为双侧绝缘，两端轴径喷涂0.8 mm 氧化铝涂层作为绝缘层，经过与国内专业电机厂家沟通，了解到国内的大电机均设计为单侧绝缘，并通过使用绝缘轴承来实现，且国内没有绝缘涂层的修复能力，使用激光涂覆工艺对损坏的轴径进行修复可行。

（2）轴径修复后进行动平衡实验，精度等级G 0.4。

（3）非驱动端绝缘层外观检查无损伤，尺寸公差符合要求；使用2500 V 电阻表进行电阻测试，结果为无穷大。

（4）安装非驱动端轴承后，驱动端轴承未安装前测试转子与定子之间的绝缘有效。

（5）将原设计的非驱动端等电位碳刷拆掉，避免因构成回路产生轴电流，造成驱动端轴承因油膜被击穿而破坏润滑效果，造成轴承损坏。

3 修复效果

电机修复安装后2018 年6 月30 日上午10：00 空载运行，运转声音、振动均无异常，但两侧轴承温度偏高，且轴承温度及绕组温度均在有规律的缓慢上涨，每3 h 上涨1 ℃，到下午13：00驱动端轴承温度达到62 ℃。根据这一情况，组织相关人员召开分析会：根据轴承的振动及声音排除了轴承机械故障；根据对检修过程的全程监督排除了润滑不足的可能；SKF 技术人员使用专用仪器对电机放电情况进行检测，发现存在轴电流，排除了轴电流对轴承的影响，综合认为轴承温度偏高的原因是润滑脂涂抹偏多造成的，温度缓慢上涨是由于环境温度上涨造成的。因此，决定安装联轴器，带负荷运行。

当日21：30 造粒系统投入运行，输出端轴承最高达到61.99 ℃，之后开始逐渐下降，观察输出端轴径处有部分润滑脂挤出。造粒38 t/h 负荷时，电机输出端轴承温度55.6 ℃，非输出端轴承温度44.5 ℃；电机处于正常运行状态。