大型三相高壓異步電動機擦甩水環故障分析及解決辦法

李何方

(中國南車集團襄樊牽引電機有限公司，湖北襄樊 441047)

0 引言

大型三相高壓異步電動機的生產裝配中，擦甩水環故障是一種常見故障，重復發生且頻率較高。由于該故障現象往往在電機裝配完成后進入試驗時才會顯現出來，故造成電機生產返工量大，特別是當電機非軸伸端裝有外風扇時，如果非軸伸端出現擦甩水環故障，處理時必須先拆外風扇、端罩等零部件，返工量大，拆卸困難，必將影響電機的生產工期及正常交貨。對該故障的處理很多廠家僅僅是將甩水環拆下車修后再裝配使用，沒能對該問題進行預防，并且未從根本上解決。因此，對該故障進行系統分析并找到徹底的解決辦法，以提高電機的一次裝配合格率，提高裝配工效，保證電機生產工期及按時交付客戶使用，具有深遠意義。

1 高壓異步電動機結構及防水原理

1.1 大型三相高壓異步電動機結構

大型三相高壓異步電動機的防護等級一般為IP54或IP55，主要包括機座、有繞組定子鐵心、轉子、平衡環、內風扇、前后端蓋、軸承外蓋、V型密封圈、軸承內蓋、甩油環、甩水環、空空冷卻器、導風筒、端罩、外風扇等，具體如圖1所示。

圖1 大型三相異步電動機結構簡圖

1.2 大型三相高壓異步電動機裝配順序

電機裝配順序如下:非軸伸端端蓋裝機座上;裝轉子兩端的軸承內蓋、軸承、擋油環并用擋圈固定;將軸伸端端蓋套轉子軸伸端軸承上，轉子組件裝入定子內;裝軸承外蓋、V型密封圈、甩水環、端罩、空空冷卻器、導風筒、外風扇等。

1.3 高壓異步電動機防水原理

根據用戶使用環境要求，IP54或IP55防護等級的要求，大型三相異步電動機一般都通過在兩端軸承外側裝配甩水環進行防水。從圖1大型三相異步電動機結構簡圖可以看出，V型密封圈套在軸承外蓋上，靜止不動;甩水環套在電機轉子轉軸上并通過3顆螺釘緊固，甩水環隨著電機轉軸一起旋轉，且甩水環的端面與V型密封圈的“V”尖部接觸。這樣甩水環與V型密封圈之間既互相接觸又存在相對運動，外部的水經過或沾到甩水環上時，由于水與甩水環一起旋轉，水被V型密封圈擋住并因為旋轉產生的離心力甩向甩水環外圓周或軸承外蓋迷宮槽內，順著端蓋流走，從而有效阻止了水進入電機內部，使電機內部保持干燥，電機不會造成絕緣降低或擊穿，金屬件不會生銹，可保證電機的正常使用，延長電機使用壽命。

2 高壓異步電動機擦甩水環故障原因分析

從大型三相高壓異步電動機裝配順序可以看出，若非軸伸端的甩水環擦V型密封圈，拆卸時按與裝配時相反的順序要先拆外風扇和端罩，特別是外風扇是熱套裝配到轉子軸頭的，拆卸非常困難。

由高壓異步電動機防水原理可知，為了防水，設計上要求甩水環與V型密封圈接觸，現在的問題是它們既要適當接觸又不能使V型密封圈被軸向壓縮太多，以免V型密封圈因過壓而導致磨擦力太大，發出異音或因磨擦發熱冒煙并發出異味。這就給電機的設計及加工提出了一個新的問題，如何才能將甩水環與V型密封圈的相對位置控制合適，既防水又不會因過緊而導致發出異音等故障。

2.1 相關零部件尺寸檢測并與設計值對比

從圖1大型三相異步電動機結構簡圖可知，機座、端蓋、轉子轉軸、軸承外蓋、甩水環等部件的軸向尺寸會影響到甩水環與V型密封圈的相對位置。設計時考慮到互換性及方便生產管理，往往會將電機兩端的端蓋、軸承外蓋、甩水環、V型密封圈、軸承等零件取相同。下面選取某一中心高電機與該故障現象有關聯的7個零件進行分析，相關尺寸如表1所示。

經對多臺同中心高故障電機進行拆卸并重點檢測了電機兩端的軸承外蓋、甩水環、端蓋及定子機座、轉子軸等的軸向尺寸，并與表1所示的原始設計尺寸進行比較，發現均符合圖紙要求，排除了零件的機械加工問題。

2.2 軸向尺寸鏈分析

根據表1中電機零部件的軸向設計尺寸對故障電機進行尺寸鏈的計算分析，計算過程中假設:

(1)電機裝配時采取軸伸端定位，即軸伸端軸承被壓緊;

(2)V型密封圈裝配時允許壓縮2 mm，即裝配后V型密封圈的軸向尺寸應大于11 mm，且小于13 mm，才可保證既防水又不會因過度壓縮而產生故障;

(3)軸承寬度方向尺寸按標準，公差忽略不計。

表1 零部件軸向原始設計尺寸

3 解決辦法

由于大型三相高壓異步電動機各零部件尺寸較大，尺寸公差范圍也相對較大，若過分將公差范圍縮小，無疑會造成機械加工工期延長，導致加工成本增加，且影響電機產量及交貨期，因此不能簡單地通過將各零部件軸向尺寸的公差范圍縮小來解決問題。

根據軸伸端V型密封圈裝配后的尺寸數據，并對照表1，可以將轉子軸伸端軸承位到甩水環位距離由104 mm調整到104.7 mm，公差不變，這樣即可從設計上保證軸伸端V型密封圈裝配后軸向尺寸為11+1.690mm，做到既防水又不會導致過度壓緊產生異音等故障。

由于非軸伸端V型密封圈裝配后軸向尺寸公差范圍很大，無法通過從設計上進行調整來解決問題，從計算結果可知非軸伸端V型密封圈與甩水環之間要么會因過度壓緊產生異音等故障，要么存在間隙達不到防水效果。鑒于此，決定調整轉軸加工工藝，取消轉軸機械加工時非軸伸端甩水環固定孔的加工，待電機成品裝配時，轉子吊入定子，軸伸端的端蓋鎖緊后，將專用鉆胎套在軸上進行軸向定位，對非軸伸端轉子軸上的甩水環固定孔進行配鉆加工，即可解決非軸伸端甩水環擦V型密封圈的故障。

4 結 語

本文通過對大型三相高壓異步電動機的結構及各零部件的軸向尺寸進行分析，找出造成甩水環擦V型密封圈故障的根本原因，并從設計及工藝上提出具體的解決辦法。經實際生產驗證，該辦法切實可行，完全杜絕了甩水環擦V型密封圈的故障，提高了電機裝配的合格率，確保生產的順利進行。

［1］陳世坤.電機設計［M］.北京:機械工業出版社，1990.

［2］李隆年.電機設計［M］.北京:清華大學出版社，1992.