電動(dòng)機(jī)軸承故障分析與處理

曹允許

（上海市中石化上海石油化工股份有限公司，上海200540）

0 引言

電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)主要電力拖動(dòng)設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的故障主要分為電氣故障和機(jī)械故障，如果發(fā)生了機(jī)械故障，輕則引起電動(dòng)機(jī)氣隙不均勻，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生異聲，造成電能損耗，重則造成定轉(zhuǎn)子鐵芯相互摩擦，產(chǎn)生高溫進(jìn)而燒毀線圈，引起電氣故障。而電動(dòng)機(jī)機(jī)械故障主要表現(xiàn)就是軸承失效、損壞。我單位常用的電動(dòng)機(jī)軸承少數(shù)為滑動(dòng)軸承，絕大多數(shù)都是滾動(dòng)軸承，類(lèi)型有深溝球軸承和短圓柱滾子軸承，本文以滾動(dòng)軸承故障為例，對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承的失效原因進(jìn)行分析，并總結(jié)出有利于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理的經(jīng)驗(yàn)，以延長(zhǎng)軸承的使用壽命，保證電動(dòng)機(jī)“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”運(yùn)行。

1 游隙選型不當(dāng)影響軸承壽命

1.1 典型事例

動(dòng)力車(chē)間6kV循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKK500－6，功率為560 k W，前軸承采用SKF NU328C3鋼保持架短圓柱滾子軸承，運(yùn)行中軸承噪聲較大，有明顯的嗒嗒聲，振動(dòng)數(shù)據(jù)正常，采用補(bǔ)充潤(rùn)滑脂的方法可暫時(shí)使噪聲有所降低，但幾個(gè)小時(shí)后噪聲又會(huì)重新升高。

1.2 原因分析

（1）軸承的游隙包括徑向游隙和軸向游隙，是滾動(dòng)軸承的重要質(zhì)量指標(biāo)，也是軸承應(yīng)用中的重要參數(shù)，工作游隙的大小對(duì)軸承的溫升、噪聲、振動(dòng)等性能有影響。在實(shí)際使用電動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，游隙選擇過(guò)小，會(huì)造成軸承運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油膜承載力不足，增大摩擦力矩從而引起軸承發(fā)熱，減少軸承壽命，甚至?xí)龤лS承；如果游隙選擇過(guò)大，則會(huì)使軸承運(yùn)行時(shí)的潤(rùn)滑油膜不穩(wěn)定，造成電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大、噪聲超標(biāo)進(jìn)而影響軸承壽命。（2）軸承徑向游隙值根據(jù)大小可以分為3組，即基本組（普通組）、小游隙組（C2）、大游隙組（C3、C4）。其中，大游隙組適用于內(nèi)外圈配合過(guò)盈量較大、內(nèi)外圈溫度差大、深溝球軸承需要承受較大軸向負(fù)荷、需要改善調(diào)心性能、需要提高軸承極限轉(zhuǎn)速和減小軸承摩擦力矩等場(chǎng)合，而小游隙組適用于較高的旋轉(zhuǎn)精度、需要嚴(yán)格控制外殼孔的軸向位移以及需要減小振動(dòng)和噪音的場(chǎng)合。（3）由于我單位許多電動(dòng)機(jī)已經(jīng)使用了40多年，原始資料缺失，基礎(chǔ)資料不全，在日常的電動(dòng)機(jī)管理中對(duì)軸承的專(zhuān)業(yè)化管理不足，對(duì)軸承的結(jié)構(gòu)形式、精度等級(jí)、潤(rùn)滑方式等情況記錄不明，導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)軸承與實(shí)際工作狀況不符，縮短了軸承的壽命，使其過(guò)早地失效。

1.3 對(duì)策

選擇徑向游隙合適的軸承，將電動(dòng)機(jī)軸承由SKF NU328C3鋼保持架短圓柱滾子軸承更換為SKF NU328短圓柱滾子軸承，以減小軸承的徑向游隙，使得電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)能夠形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，從而降低噪聲。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行逐步排查，完善電動(dòng)機(jī)軸承數(shù)據(jù)，認(rèn)真分析研究電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和軸承的工作狀況，選擇類(lèi)型合適的軸承。

2 安裝配合不當(dāng)造成軸承失效

2.1 典型事例

丙烯腈裝置電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB315L1－2，功率為160 k W。2009年9月17日，電動(dòng)機(jī)前軸承嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑脂在高溫下熔化流失，引發(fā)電動(dòng)機(jī)軸承軋死，保持架碎裂，進(jìn)而造成電動(dòng)機(jī)前軸承燒毀。

乙二醇裝置洗滌水泵電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YAKK4002－4W，功率為280 k W，2005年2月泵廠配套，2007年3月投入使用。2012年5月，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，其水平振動(dòng)值為5.2 mm/s，垂直振動(dòng)值為4.3 mm/s。

2.2 原因分析

（1）拆卸或安裝軸承應(yīng)該按照規(guī)范合理的方法進(jìn)行，應(yīng)使用加熱法來(lái)安裝軸承。但是現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)經(jīng)常野蠻操作，使用銅棒或鐵錘等將軸承硬敲到轉(zhuǎn)軸上面，這樣就會(huì)造成軸承損壞，甚至?xí)p傷轉(zhuǎn)軸。（2）電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子不同心，中心配合超差，由于定子與端蓋止口的加工誤差和檢修中的磨損等因素的影響，以及端蓋本身的有功誤差與磨損，使電動(dòng)機(jī)軸承內(nèi)外圈不同心，存在傾斜角α，傾斜角超差時(shí)會(huì)造成滾子或鋼球局部受到擠壓，軸承工作游隙減小，軸承發(fā)熱而過(guò)早失效。一般單列向心短圓柱滾子軸承的允許傾斜角為α≤2′，單列向心球軸承的為α＝2′～10′，最大傾斜角分別不超過(guò)（1/30）°和（1/6）°［1］。

2.3 對(duì)策

嚴(yán)格控制電動(dòng)機(jī)檢修質(zhì)量，制定詳細(xì)的檢修方案，并規(guī)范檢修流程，認(rèn)真執(zhí)行質(zhì)量驗(yàn)收。通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)、轉(zhuǎn)子同心度校驗(yàn)、機(jī)座水平校驗(yàn)以及機(jī)座雙端止口平面跳動(dòng)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乙二醇裝置洗滌水泵電動(dòng)機(jī)存在著機(jī)座雙端止口平面跳動(dòng)及機(jī)座雙端止口內(nèi)圈跳動(dòng)的問(wèn)題。

3 潤(rùn)滑不良造成軸承失效

3.1 典型事例

2009年1月2日，1#乙二醇G－920B高壓電動(dòng)機(jī)有異聲，同時(shí)后軸承座處有黑色的潤(rùn)滑脂滲出，對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行解體檢查后發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑脂已變質(zhì)，存在著潤(rùn)滑脂未及時(shí)補(bǔ)充的情況。

3.2 原因分析

（1）滾動(dòng)軸承既有滾動(dòng)摩擦也有滑動(dòng)摩擦，滑動(dòng)摩擦是由于滾動(dòng)軸承在表面曲線上的偏差和負(fù)載下軸承的變形造成的，隨著速度和負(fù)載的增加，滾動(dòng)軸承的滑動(dòng)摩擦?xí)龃螅瑸榱藴p少摩擦，降低溫升及噪聲，防止軸承被銹蝕，應(yīng)該選用合適的潤(rùn)滑脂。我單位的電動(dòng)機(jī)均采用通用3#鋰基脂。這種統(tǒng)一性雖然對(duì)電動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑管理帶來(lái)了一定的便利，但給部分低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的軸承也造成了不少損傷，因?yàn)?#鋰基脂黏度較低，在低轉(zhuǎn)速下無(wú)法形成良好的油膜，會(huì)引起潤(rùn)滑不良。（2）我單位采用的30 k W以下的隔爆型電動(dòng)機(jī)，基本上都沒(méi)有加油嘴，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充、更換潤(rùn)滑脂，運(yùn)行時(shí)間久了潤(rùn)滑脂就會(huì)產(chǎn)生不足、變質(zhì)等問(wèn)題，從而導(dǎo)致軸承磨損。

3.3 對(duì)策

建立完善的電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑管理制度，并健全完善電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑臺(tái)賬，針對(duì)每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)都要確定合理的潤(rùn)滑方法，選擇型號(hào)正確的潤(rùn)滑脂并確定潤(rùn)滑脂的用量及更換周期。

4 電動(dòng)機(jī)安裝及對(duì)中不當(dāng)引起軸承故障

4.1 典型事例

乙二醇裝置冷凍機(jī)電動(dòng)機(jī)YKK4003－2W，功率為400 k W，2013年12月隨設(shè)備送出檢修，檢修結(jié)束后在現(xiàn)場(chǎng)空載試車(chē)時(shí)數(shù)據(jù)良好，但通過(guò)聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)和設(shè)備連接起來(lái)運(yùn)行時(shí)，該電動(dòng)機(jī)水平振動(dòng)數(shù)據(jù)明顯增大，為4.2 mm/s。

2012年4月27日，乙二醇泵房水泵電動(dòng)機(jī)YKK5004－6，功率為800 k W，前軸承振動(dòng)大，水平方向振動(dòng)值為4.9 mm/s，垂直方向振動(dòng)值為3.2 mm/s。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于之前電動(dòng)機(jī)更換了鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)安裝位置出現(xiàn)了偏差，致使電動(dòng)機(jī)的軸伸端底部仍有40 mm懸空，造成了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)前軸承振動(dòng)過(guò)大。

2014年2月，氰化鈉車(chē)間粉塵排風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)Y315S－4，功率為110 k W，整體振動(dòng)數(shù)據(jù)偏大，電機(jī)振動(dòng)最大處水平方向振動(dòng)值為41.2 m/s，垂直方向振動(dòng)值為38.5 mm/s，均處于 D區(qū)域［2］，振動(dòng)強(qiáng)度足以使機(jī)器損壞。

4.2 原因分析

（1）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與拖動(dòng)設(shè)備是分不開(kāi)的，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況與拖動(dòng)設(shè)備的安裝也有著密切的關(guān)系，電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行需要電氣、設(shè)備甚至工藝等各專(zhuān)業(yè)相互配合。（2）電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器校中心是一項(xiàng)很重要的工作，但實(shí)際運(yùn)行中并沒(méi)有引起重視，校中心的準(zhǔn)確性直接影響到電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 對(duì)策

（1）加強(qiáng)與設(shè)備專(zhuān)業(yè)的配合，確保電動(dòng)機(jī)安裝正確、對(duì)中數(shù)據(jù)良好。（2）利用裝置大中修時(shí)停車(chē)的機(jī)會(huì)，通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)重量、負(fù)載等，對(duì)電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行加固，使其符合電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的要求。

5 質(zhì)量原因引起軸承故障

5.1 典型事例

2009年2月25日，2#乙二醇電動(dòng)機(jī)YKK4003－2W，功率為400 k W，其高壓柜內(nèi)綜合保護(hù)器保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘。對(duì)電動(dòng)機(jī)解體檢查后發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)非軸伸端軸承嚴(yán)重磨損，軸承內(nèi)鋼圈嚴(yán)重變形。從軸承內(nèi)鋼圈的損壞情況來(lái)判斷，是軸承本身的質(zhì)量問(wèn)題引起了電機(jī)故障。

5.2 原因分析

我國(guó)軸承鋼的質(zhì)量水平和質(zhì)量穩(wěn)定性較國(guó)際先進(jìn)國(guó)家存在較大的差距，使得軸承本身存在缺陷，影響了軸承的使用壽命以及可靠性。出現(xiàn)頻率最高的缺陷有表面材料裂紋、縮孔、碳化物液析、碳化物網(wǎng)狀、內(nèi)裂等。

5.3 對(duì)策

加強(qiáng)軸承采購(gòu)環(huán)節(jié)的管理，選用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的軸承，增加軸承的診斷次數(shù)，并提高軸承運(yùn)輸過(guò)程的安全可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

殷鑒未遠(yuǎn)，覆轍猶存，事故是最好的老師。本文通過(guò)總結(jié)我單位近幾年內(nèi)發(fā)生的幾起電動(dòng)機(jī)軸承故障的典型事例，針對(duì)發(fā)生的原因提出了相應(yīng)的對(duì)策，便于在以后的電動(dòng)機(jī)管理工作中做到有的放矢，提高電動(dòng)機(jī)管理水平，及時(shí)消除電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的缺陷及隱患。

［1］劉澤九.滾動(dòng)軸承應(yīng)用手冊(cè)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2006

［2］顧滿林.石油化工廠設(shè)備檢修手冊(cè)［M］.中國(guó)石化出版社，2007