高壓電機滾動軸承異常分析

林云輝

（浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州325609）

0 引言

高壓電機作為火電廠輔機動力源有著重要的作用，其正常運行直接影響機組的安全性和經(jīng)濟性，而滾動軸承作為電機的關(guān)鍵部件和易損部件，其可靠性直接影響電機運行的可靠性。從我公司近6年來高壓電機異常情況分析，電機因軸承問題導(dǎo)致停運占相當(dāng)高的比例，直接影響機組運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，提高高壓電機軸承可靠性對機組的安全運行具有重要意義。

1 軸承問題概述

我公司一期2臺600MW機組于2008年9月投產(chǎn)，二期2臺660MW機組分別于2010年3月和7月投產(chǎn)。2009年5月至2014年5月這5年時間內(nèi)，帶滾動軸承的高壓電機較為重大的異常事件統(tǒng)計共16次，其中預(yù)試發(fā)現(xiàn)繞組問題／轉(zhuǎn)子問題、接線盒電纜問題、空冷器腐蝕進水引起電機異常各發(fā)生1次，而滾動軸承問題引起的高壓電機異常事件為12次，占高壓電機總故障的75%。從原因上分析，軸承問題主要有軸電流引起的軸承損壞和潤滑問題引起的軸承損壞；從故障發(fā)生的時間分析，軸承損壞主要集中在機組剛轉(zhuǎn)入運行的前一年多時間內(nèi)，2013年以后發(fā)生2次，原因是軸承自身質(zhì)量存在問題；從發(fā)生故障的電機類型進行統(tǒng)計，功率較大的一次風(fēng)機和送風(fēng)機電機因軸承問題引發(fā)的異常較多，而功率較小且運行環(huán)境良好的給泵前置泵電機、閉冷泵電機、低加疏水泵電機等則未發(fā)生軸承異常事件，氧化風(fēng)機、磨煤機電機因環(huán)境溫度問題曾出現(xiàn)軸承溫度偏高的異常現(xiàn)象。

2 軸電流對軸承的影響

2009年9月，2A一次風(fēng)機電機聲音異常，該電機型號為YKK630－4，額定功率為1 800kW，銘牌標(biāo)注出廠時間為2007年3月，首次調(diào)試運行時間為2008年5月，9月開始隨機組長時間穩(wěn)定運行。電機前軸承為滾珠軸承6232／C3和滾柱軸承NU232ECM／C3，后 軸 承 為 滾 柱 軸 承 NU232ECM／C3，采 用7008航空潤滑脂。發(fā)現(xiàn)電機聲音異常后檢查空冷器等其他部分正常，確認(rèn)聲音是從軸承發(fā)出的，測量軸承溫度和軸承振動在正常范圍內(nèi)，通過數(shù)據(jù)庫查看溫度和振動變化曲線，未發(fā)現(xiàn)有明顯的突變現(xiàn)象。后借機組低負(fù)荷時將電機退出運行進行檢修，檢查前后2個滾柱軸承發(fā)現(xiàn)有明顯異常情況。軸承解體后具體情況如圖1、圖2所示，滾柱和內(nèi)外圈表面有類似搓衣板的黑色條紋，后送相關(guān)單位檢測確認(rèn)是軸電流引起的電腐蝕現(xiàn)象，黑色條紋實際上是滾子同軸承內(nèi)外圈接觸處的電腐蝕痕跡。軸電流產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，電源諧波、電機制造工藝等都有可能引起軸電流。由于機組投產(chǎn)初期電機電源所在的6kV母線上并未接有大功率的整流器、變頻器等非線性功率元件，后又在各電機檢修時檢查處于同一段母線下的磨煤機、閉冷泵、汽泵前置泵等電機軸承均未發(fā)現(xiàn)類似搓衣板條紋現(xiàn)象，因而基本上排除了因電源諧波引起的軸電流問題。另外，在檢修期間發(fā)現(xiàn)還有2臺一次風(fēng)機電機軸承也出現(xiàn)了類似情況，這3臺電機系同一廠家生產(chǎn)，出產(chǎn)日期也基本接近，因而初步分析軸電流的產(chǎn)生是由制造工藝引起。由于定子扇形硅鋼片疊裝因素、鐵芯槽和通風(fēng)孔的存在，定子與轉(zhuǎn)子空氣間隙不均勻，在磁路中造成不平衡的磁阻，轉(zhuǎn)子在不完全對稱的磁場中旋轉(zhuǎn)，于是電機轉(zhuǎn)軸兩端就會產(chǎn)生一個交流電壓，盡管軸電壓數(shù)值不高，一般合格電機軸電壓低于0.5V，但該電機在正常運行時實際測得的軸電壓有效值為1.4V（加裝絕緣端蓋后測量）。由于轉(zhuǎn)子—軸承—端蓋—本體—端蓋—軸承—轉(zhuǎn)子所形成的回路阻抗很低，所以軸電流比較大，而電機在啟動時電流尤其大，軸承徑向要承受較大壓力，再加上此時軸承油膜尚未建立，因此接觸電阻較小。軸承滾柱同內(nèi)外圈是線接觸，該處接觸面相對較小，因而電流密度大，軸承在線接觸點處局部發(fā)熱燒熔，被燒熔的軸承合金在轉(zhuǎn)子壓力的作用下飛濺，于是在軸承滾柱及同內(nèi)外圈接觸的表面上擠壓出一條條線狀的小凹坑。所以軸承滾柱和內(nèi)外圈在宏觀上表現(xiàn)出來的癥狀是類似于搓衣板的條紋，產(chǎn)生明顯的電腐蝕效應(yīng)。

圖1 軸承解體后滾柱表面

圖2 軸承解體后內(nèi)外圈表面

為了消除軸承軸電流引起的危害，結(jié)合電機大修將后端蓋更換成絕緣端蓋，后端蓋同電機連接的固定螺栓加裝絕緣套和絕緣墊片，從而在后端蓋處隔斷軸電壓通路，以消除軸電流。經(jīng)此處理后，軸承未再出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象。

3 油脂問題

基建結(jié)束剛轉(zhuǎn)入生產(chǎn)的前一年多時間內(nèi)，多臺高壓電機軸承在運行中陸續(xù)出現(xiàn)問題，故障現(xiàn)象較為相似。以1B送風(fēng)機電機為例，投運幾個月后發(fā)現(xiàn)軸承聲音異常，該電機型號為YKK630－6，功率為1 250kW，銘牌標(biāo)注出廠時間為2007年3月，首次調(diào)試運行時間為2008年5月。電機前軸承為滾珠軸承6238／C3和滾柱軸承NU238ECM／C3，后軸承為滾柱軸承NU238ECM／C3，采用7008航空潤滑脂。發(fā)現(xiàn)軸承聲音異常后檢查電機溫度和振動無明顯變化趨勢，故未馬上安排檢修，電機繼續(xù)運行。但隨著時間推移，軸承聲音越來越響，仔細(xì)聽發(fā)現(xiàn)軸承發(fā)出類似金屬撞擊的聲音，運行一個多月后發(fā)現(xiàn)溫度有突然升高現(xiàn)象，馬上將電機停運進行檢修，拆下軸承后發(fā)現(xiàn)油脂發(fā)黑并且較硬，軸承內(nèi)圈磨損嚴(yán)重。具體現(xiàn)象如圖3所示，宏觀檢查表面呈波形磨損，手摸表面凹凸感明顯，每道磨痕寬度約10mm，內(nèi)外圈表面顏色為青黑色。送專門實驗室進行微觀分析，確認(rèn)磨損面為接觸疲勞磨損，造成該磨損的原因是油脂潤滑不良。檢查軸承加油口和排油口發(fā)現(xiàn)油脂硬化，造成阻塞，油脂硬化的原因是電機出廠后放置時間過長。電機實際出廠日期為2007年3月，安裝就位后實際調(diào)試時間為2008年5月，電機實際放置時間長達一年，由于長期未運行，軸承加油口的油脂已經(jīng)硬化阻塞，雖然在機組啟動前所有電機統(tǒng)一加了油脂，但因加油口油道阻塞，實際并未有新油脂進入軸承內(nèi)部。而軸承內(nèi)原先的潤滑脂在軸承運行中經(jīng)受反復(fù)擠壓剪切，其本身的性能和結(jié)構(gòu)隨著時間逐漸發(fā)生變化，最終失去了正常的潤滑性能。在首次發(fā)現(xiàn)異音后聲音隨時間越來越響，實際上是由于摩擦磨損越來越大，最終滾柱和內(nèi)外圈表面發(fā)生了嚴(yán)重磨損。更換軸承后電機運行正常。針對電機停運時間過長引起的油脂硬化問題，結(jié)合低負(fù)荷時間段對其他幾臺軸承有異音的電機進行停機檢修，更換軸承，同時完善油脂潤滑管理制度，修訂定期給油脂計劃，避免了因油脂問題再次引起軸承損壞。

圖3 軸承內(nèi)圈表面呈波形磨損

4 軸承溫度異常

軸承運行中溫度異常一般有兩種情況，一種是在定期加油脂過程中產(chǎn)生，另一種是正常運行時突然出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象。加油脂引起溫度升高屬正常現(xiàn)象，它是由于油脂在軸承中攪拌摩擦引起發(fā)熱，只要在加油脂過程中注意觀測軸承溫度變化趨勢，控制加油量，就能控制軸承溫升；同時及時清除排油口殘油，一般情況下2～3h后軸承溫度就會回落到正常水平。正常運行時軸承溫度突然升高可能是軸承損壞或油脂變質(zhì)引起，對于油脂變質(zhì)問題可通過加入新油脂并將舊油脂擠出來處理，一般情況下加入新油脂后軸承溫度會恢復(fù)正常水平。另外，因迎峰度夏期間環(huán)境溫度高，應(yīng)加強對磨煤機電機和氧化風(fēng)機電機軸承溫度的監(jiān)視，及時打開隔音罩風(fēng)扇和小門，加強散熱，以免出現(xiàn)軸承溫度過高現(xiàn)象。

5 結(jié)語

我公司結(jié)合檢修解決原先基建期遺留的電機軸承問題，完善定期加油脂計劃，合理安排周期，根據(jù)電機類型的不同合理選擇加油脂方法，大幅度減少了電機因軸承問題引起的故障，提高了機組運行的安全可靠性。