高壓異步電機軸承異音的原因分析及處理

摘 ?要：某電廠#1機組D脫硫漿液循環水泵由一臺三相高壓異步電動機驅動，定期巡檢時發現電機軸承異音，利用振動分析儀進行振動分析，找到電機異音的根源在于電機軸承被電蝕，軸承外圈出現“搓衣板”式坑溝，采取了相應的措施，解決了軸承被電蝕的問題。

關鍵詞：三相高壓異步電動機;軸承電蝕;振動分析;預防措施

1 ?設備概況

某電廠#1機組脫硫系統吸收塔配備4臺漿液循環泵，分A、B、C、D命名，雖然型號及流量完全相同，但揚程、軸功率、轉速各不相同，并呈遞減規律，配置的減速機型號相同。其中#1脫硫D漿液循環水泵由石家莊強大泵業集團生產，其主要參數：型號，600X-TLRD;流量，5000m3/h;揚程，19.65m;軸功率，368kW;轉速，540r/min。配置減速機由西門子生產，其主要參數：型號，H1SH7B;S/N編號，4501035214.01。驅動電機由湘電集團有限公司生產，其主要參數：型號，YKK4502-4;功率，450kW;輸入電壓，6000V;輸入電流，53.6A;轉速1485r/min;非驅動端軸承，NU222;驅動端軸承，NU224/6224。電機與減速機之間、減速機與泵之間均采用膜片式聯軸器，其中減速機與聯軸器之間有一短節。

2 ?異常現象

2017年2月28日，在日常巡檢時發現#1脫硫D漿液循環水泵電機聲音刺耳，利用聽針辨別出異常聲音主要來源于電機非驅動端軸承。查閱#1脫硫D漿液循環水泵電機近幾年檢修臺賬，發現該電機平均每年都要進行一次大修，設備運行壽命過短。利用CX7振動分析儀進行振動數據采集，該振動分析儀使用的振動測量傳感器為三軸向加速度傳感器。測量電機非驅動端軸承時，加速度傳感器第一通道為水平方向，第二通道為軸向，第三通道為垂直方向。結合現場測量的振動信息分析，#1脫硫D漿液循環水泵電機非驅動端軸承具有以下特征（進行振動分析時，以第一通道采集的振動數據為主要依據）：

（1）頻譜圖中，電機非驅動端以6.22X電機轉頻及其高頻諧波為主（如圖1所示），高頻諧波集中在500Hz-2000Hz之間（最高分析頻率設定在2500Hz）。

（2）時域波形圖中，電機非驅動端出現非周期性沖擊，沖擊幅值最高18.4g（如圖2所示）。

解調頻譜圖中，電機非驅動端以6.22X電機轉頻及其諧波為主，出現0.41X軸承保持架故障頻率及其諧波。其中，6.22X電機轉速頻率幅值最高9.43g，0.41X轉速頻率幅值1.58g。（如圖3所示）。

（3）解調波形圖中，電機非驅動端沖擊最高79g（如圖4所示）。在確定軸承出現磨損的情況下，解調波形圖中沖擊幅值超過50g，軸承有肉眼可見損壞。

（4）電機非驅動端軸承溫度53℃，軸承溫度在正常范圍內。

3 ?原因分析

3.1 ?機理

#1脫硫D漿液循環水泵電機非驅動端軸承頻譜圖中出現6.22X轉速頻率及其高頻諧波，為非整數倍電機轉速頻率成分，首先考慮是否為電機軸承故障頻率。查閱SKF NU222軸承滾珠15個，保持架故障頻率0.42X，軸承外環故障頻率6.3X。由此推斷電機頻譜圖中0.41X轉速頻率為軸承保持架故障頻率，6.22X轉速頻率為軸承外環故障頻率。時域波形圖中，電機非驅動端出現非周期性高幅值沖擊進一步印證了軸承存在磨損。解調頻譜圖中，電機非驅動端軸承外環故障頻率及其諧波、軸承保持架故障頻率幅值較高，解調波形圖中沖擊幅值最高79g，說明軸承狀況已經進入中后期，需要盡快對該軸承進行檢修。

3.2 ?結論

軸承壽命可以分為四個階段。第一階段，軸承表層損傷。摩擦產生的聲波大于20KHz（因此用聽針無法直接聽診），振動幅值較低，沖擊脈沖在1KHz-15KHz之間，且幅值較低。在此階段軸承可以繼續運行。第二階段，也為軸承表層損傷。由于超高頻振動幅值持續增大，軸承沖擊產生的振動可能與設備結構的固有頻率、軸承的固有頻率以及傳感器的固有頻率產生共振;在解調頻譜圖和加速度頻譜圖中可見特征頻率;由于振動幅值依然較低，在速度譜圖中一般看不到特征頻率。在此階段可以繼續監測運行。第三階段，軸承出現明顯損傷，超高頻振動幅值持續增大，解調頻譜圖及加速度譜圖中有明顯特征頻率，速度譜圖中出現軸承特征頻率，特征頻率的諧波及邊帶也相繼出現。軸承沖擊能量可能引發次生故障，在此狀態下，軸承可能由外界多種因素導致失效，可以繼續監測運行，但應制定計劃在機組檢修時進行檢查。第四階段，軸承損傷進一步擴展，一個部件的損傷可能會引發其他部件的損傷。由于尖銳表面被碾壓平滑，超高頻振動幅值下降，速度頻譜及波形、解調頻譜圖仍然有效。該階段軸承磨損嚴重，損傷區域進一步擴展直至連城大片區域，周期性振動下降，背景噪聲名顯升高，速度頻譜圖中形成“干草堆”現象（實際上這是共振的區域）。此時軸承即將失效，其壽命不足1%，需要盡快停運并更換軸承。

#1脫硫D漿液循環水泵電機非驅動端軸承外環磨損嚴重，軸承保持架出現磨損，已進入軸承中后期階段。建議加強監測，并盡快制定計劃進行檢修。

4 ?處理措施

2017年3月3日，檢修班組辦理工作票對該設備進行檢修。解體發現#1脫硫D漿液循環水泵軸承外環出現“搓衣板”式坑溝，軸承保持架上出現“毛刺”。“搓衣板”式坑溝為軸承被軸電流電蝕的典型特征。為有效治理軸電流對軸承的損壞，檢修人員在電機轉子上加裝接地銅辮，將電機軸電流不經軸承直接引入接地系統。

5 ?修后評估

2017年03月05日，#1爐脫硫D漿液循環泵電機空試功能再鑒定。啟動#1爐脫硫D漿液循環泵，電流13.2A，測量振動值如下：電機負荷側⊙5μm、⊥4μm、-12μm，非負荷側⊙4μm、⊥5μm、-9μm;轉向正確，振動合格，聲音正常，軸承溫度正常。2017年03月06日，啟動#1爐脫硫D漿液循環泵連接聯軸器后試運行，運行電流42A，測量振動值如下：電機負荷側⊙9μm、⊥8μm、-20μm，非負荷側⊙8μm、⊥12μm、-11μm，泵非驅動端⊙25um、-26um、⊥12um，驅動端⊙30μm、-13μm、⊥9μm，減速高速側⊙28um、-13um、⊥17um，低速側⊙31μm、-30μm、⊥20μm，振動值合格，溫度正常，功能再鑒定合格。利用CX7振動分析儀復測，各項譜圖及數據恢復正常，主要表現在：頻譜圖中，軸承外環故障頻率6.22X及其諧波消失;時域波形圖中，沖擊幅值降至1.18g;解調頻譜圖中，沖擊幅值降至0.16g;解調波形圖中，沖擊幅值降至3.62g。設備復裝運行一年后狀況良好，未出現軸承損壞現象。

5 ?結束語

（1）電機軸承被電蝕，軸承外環一般會產生高頻軸承外環故障頻率的諧波，且現場人耳可聽見很響很尖銳的噪音。

（2）電機軸承外環振動傳導到表面距離最短，通常軸承外環故障頻率的振動幅值要比軸承保持架故障頻率及軸承內環故障頻率的幅值高。

（3）電機軸承出現磨損，軸承溫度不一定超標。

（4）發現軸承被電蝕現象不能僅進行常規檢修，還要對軸電流進行治理，避免設備修后進一步損壞。比較簡單有效的治理措施是在軸的兩端加裝接地碳刷或接地銅辮，將軸電流不經過軸承直接引入接地系統。

（5）本次軸承異音的發現、分析及處理過程為今后同類型設備的軸承異常處理提供了寶貴的經驗。在后期檢修工作中，通過對一二期脫硫漿液循環水泵電機解體檢查發現，電機軸承電蝕現象在一二期脫硫D漿液循環水泵電機上經常發生。目前班組已利用機組檢修機會對其他三臺電機進行了加裝接地碳刷的改造工作，成效顯著。

參考文獻

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作者簡介：

李夢林（1989年6月19日-），本科，生產技術部，從事精密診斷工作。