在發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中，電機(jī)是主要的動(dòng)力源，一旦發(fā)生故障，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)所帶來(lái)的損失是相當(dāng)大的，尤其是大、中型高壓電機(jī)，可嚴(yán)重影響到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。根據(jù)我們對(duì)電機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，軸承損壞或因?yàn)檩S承損壞而造成的電機(jī)故障，占了電機(jī)全部故障的60%以上，為此我們對(duì)電機(jī)軸承故障較多的電機(jī)進(jìn)行了改造，解決了電機(jī)軸承頻繁損壞及發(fā)熱的問(wèn)題，大大減少了電機(jī)的事故率，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。
當(dāng)前，隨著社會(huì)的進(jìn)步和我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，發(fā)電廠附屬設(shè)備的高壓電機(jī)大部分由“J系列”過(guò)渡到了“Y系列”。其電機(jī)的性能、絕緣強(qiáng)度、外形均優(yōu)于老式電機(jī)。但是由于部分電機(jī)在軸承的設(shè)計(jì)上存在著不足，造成了電機(jī)軸承的發(fā)熱和故障多的問(wèn)題。后來(lái)我們分析了進(jìn)口的同類高壓電機(jī)，發(fā)現(xiàn)大部分軸承的壽命在5年以上。經(jīng)過(guò)幾次的檢修后，我們找出了其設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，并針對(duì)國(guó)產(chǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)上的不足進(jìn)行了改造，基本解決了此類電機(jī)軸承發(fā)熱及頻繁損壞的問(wèn)題。近幾年，我們又為萊城、濟(jì)寧、河曲、威縣等電廠部分存在問(wèn)題的電機(jī)進(jìn)行了改造。大部分電機(jī)在改造前，軸承存在發(fā)熱、頻繁損壞的問(wèn)題，有的軸承損壞周期不到兩個(gè)月。改造后基本都達(dá)到了正常的允許溫度，軸承壽命達(dá)到了機(jī)組的一個(gè)檢修周期以上，徹底解決了此類高壓電機(jī)軸承壽命短的問(wèn)題，大大避免了因電機(jī)的損壞所造成臨時(shí)停機(jī)而帶來(lái)的損失，確保了機(jī)組的安全運(yùn)行。
二、軸承發(fā)熱、損壞故障分析：
電機(jī)的一般結(jié)構(gòu)：我國(guó)現(xiàn)在所生產(chǎn)的箱式電機(jī)在運(yùn)行中，有一部分電機(jī)軸承故障發(fā)生較多。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)其主要的問(wèn)題是：有些電機(jī)在軸承的外側(cè)，裝有一個(gè)距軸承間隙很小的擋油盤。這樣看似可使軸承的潤(rùn)滑脂保持充足，但存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：
(1)不利于軸承的散熱和潤(rùn)滑脂的循環(huán)，使軸承在運(yùn)行中溫度過(guò)高，潤(rùn)滑脂的性能則降低，繼而溫度再升高的惡性循環(huán)，使軸承損壞。
(2)因軸承擋油盤的存在，使得電機(jī)在小修時(shí)，軸承無(wú)法檢查，而在電機(jī)大修時(shí)，不拆下?lián)跤捅P也無(wú)法清洗檢查軸承，只有更換，造成不必要的浪費(fèi)。
(3)因多次的檢修和軸承的更換必須拆卸擋油盤，很容易造成擋油盤內(nèi)孔與軸的配合松動(dòng)，使擋油盤在運(yùn)行中與軸滑動(dòng)產(chǎn)生異音或從軸上脫出，造成嚴(yán)重的故障。
雙軸承式電機(jī)：我國(guó)現(xiàn)在所生產(chǎn)的部分箱式高壓電機(jī)，負(fù)荷側(cè)采用了雙軸承的結(jié)構(gòu)。這類電機(jī)的結(jié)構(gòu)雖然增加了負(fù)荷側(cè)的徑向承載能力，但是也給檢修工作帶來(lái)了較大的難度，在電機(jī)大修時(shí)，軸承無(wú)法清洗和檢查而必須進(jìn)行更換，否則不能保證檢修質(zhì)量，造成檢修費(fèi)用的增加。另外此種結(jié)構(gòu)的電機(jī)，軸承運(yùn)行中的溫度都比較高，使用壽命偏低。
軸承的類型：我國(guó)大部分高壓電機(jī)的負(fù)荷側(cè)軸承為“圓柱形滾子軸承”，空載側(cè)為“向心推力球軸承”。在電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中因?yàn)闇囟鹊淖兓D(zhuǎn)子的長(zhǎng)度也是在變化的。這樣因?yàn)榭蛰d側(cè)的軸承屬定位軸承，所以轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的變化即由負(fù)荷側(cè)的“滾子軸承”予以調(diào)整。根據(jù)我們所掌握的情況看，如果與機(jī)械的聯(lián)軸器為“彈性聯(lián)軸器”時(shí)，對(duì)電機(jī)和機(jī)械均無(wú)大的影響，而如果是“剛性聯(lián)軸器”則發(fā)生電機(jī)或機(jī)械的振動(dòng)，甚至造成軸承的損壞。目前我國(guó)所生產(chǎn)的風(fēng)冷式電機(jī)，冷卻風(fēng)箱的出風(fēng)均在負(fù)側(cè)，所以電機(jī)在運(yùn)行中負(fù)側(cè)的溫度大大高于空側(cè)，而負(fù)側(cè)柱型軸承或雙軸承結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)又大，所以造成負(fù)側(cè)軸承的溫度一般高于空側(cè)軸承溫度，造成負(fù)側(cè)軸承的損壞往往多于空側(cè)軸承。
軸承的承載與允許轉(zhuǎn)速：從我國(guó)的電機(jī)與部分進(jìn)口的電機(jī)比較來(lái)看，國(guó)產(chǎn)大、中型高壓電機(jī)的負(fù)荷側(cè)軸承，一般是選用的“中型滾子軸承”。該軸承的承載能力是大大超過(guò)了計(jì)算值，但軸承的允許轉(zhuǎn)速則與電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相差很少甚至不夠，使軸承的使用壽命降低。
軸承附件的設(shè)計(jì)：目前我國(guó)高壓電機(jī)，大部分軸承附件是采用的軸承套和內(nèi)、外油蓋式的結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是密封差，電機(jī)內(nèi)、外部的灰塵很容易進(jìn)入到軸承內(nèi)部，加速軸承的磨損而損壞。
三、軸承改造方法：
1、我們?cè)谶M(jìn)行高壓電機(jī)軸承改造的初期，是將軸承壽命不超過(guò)一年的高壓電機(jī)，按照J(rèn)S系列高壓電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造(此改造項(xiàng)目曾在“1997年山東電力技術(shù)”上刊登)。
2、后來(lái)我們分析了部分進(jìn)口高壓電機(jī)的軸承結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：負(fù)側(cè)大部分是選用了較大的“球形軸承”，空側(cè)是選用了較小的“滾子軸承”。分析認(rèn)為，這樣可保證電機(jī)轉(zhuǎn)子在冷、熱狀態(tài)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度變化時(shí)，其軸向的伸縮位移在空側(cè)，確保了電機(jī)與機(jī)械連接處的定位。負(fù)荷側(cè)的 “滾珠軸承”和空載側(cè)的“滾子軸承”，據(jù)計(jì)算軸承的承載能力不但完全可達(dá)到電機(jī)運(yùn)行的需要，而且軸承的允許轉(zhuǎn)速大大超過(guò)了電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，所以能使軸承的使用壽命大大增加。
3、部分進(jìn)口的大、中型電機(jī)結(jié)構(gòu)，一是在內(nèi)、外軸承蓋的外側(cè)全部裝有密封裝置，這樣可確保軸承內(nèi)部的清潔;二是在軸承的外側(cè)裝有一個(gè)具有冷卻作用的開槽式定位螺母，此裝置不但起到了軸承良好的定位作用，而且可使軸承的溫度進(jìn)一步降低，并且軸承油室的空間設(shè)計(jì)較大，這樣就可降低軸承在運(yùn)行中的溫度，使軸承的使用壽命大大增加。
為此我們?cè)谖×似湎冗M(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)后，對(duì)需改造的電機(jī)首先對(duì)軸承的選用進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)存在軸承設(shè)計(jì)及選用方面的問(wèn)題，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。其改造原則是根據(jù)電機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，盡量采用進(jìn)口電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造。經(jīng)過(guò)改造后的高壓電機(jī)，基本可達(dá)到進(jìn)口電機(jī)軸承的使用壽命。(其典型的設(shè)計(jì)改造圖見下)：
四、電機(jī)軸承改造典例：近幾年，因?yàn)槲覀儗?duì)“黃臺(tái)電廠”大、中型高壓電機(jī)軸承改造的成功，又相繼為山東“萊城電廠”“濟(jì)寧電廠”“河曲電廠”“河北威縣電廠”等多發(fā)生軸承故障的電機(jī)進(jìn)行了改造，取得了良好的效果。
1、萊城電廠30萬(wàn)千瓦機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)電機(jī)。該電機(jī)為湘潭電機(jī)廠所生產(chǎn)的YKK560-4型、1250KW高壓電機(jī)。該電機(jī)多次發(fā)生軸承的損壞故障，尤其是負(fù)側(cè)的外軸承和空側(cè)軸承，最短的損壞周期達(dá)幾天。該電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，軸承的結(jié)構(gòu)是，負(fù)荷側(cè)為雙軸承，外側(cè)為#N332柱型軸承，內(nèi)側(cè)為#6232球型軸承，空載側(cè)為#N332柱型軸承。據(jù)我們分析認(rèn)為，該電機(jī)主要是軸承的選用問(wèn)題。根據(jù)軸承手冊(cè)所提供的數(shù)據(jù)，軸承的允許轉(zhuǎn)速如下：國(guó)產(chǎn)軸承為1400轉(zhuǎn)/分，進(jìn)口軸承為1500轉(zhuǎn)/分。從軸承的允許轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)我們可以看出，兩側(cè)軸承的允許轉(zhuǎn)速均小于或等于電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。所以我們認(rèn)為這是造成空載側(cè)軸承和負(fù)荷側(cè)外軸承損壞的一個(gè)根本原因。
為此我們對(duì)該電機(jī)進(jìn)行了以下改造：負(fù)側(cè)由原來(lái)的雙軸承改為#6236球型單軸承結(jié)構(gòu)，空載側(cè)改為#NU232滾柱軸承。其兩個(gè)軸承的允許轉(zhuǎn)速全部為1800轉(zhuǎn)/分，軸承的承載能力也完全可達(dá)到電機(jī)的要求。這樣改后的軸承允許轉(zhuǎn)速提高了300轉(zhuǎn)/分，軸承的實(shí)際轉(zhuǎn)速小于了允許值，并且因改后軸向尺寸的減小，即在軸承的外側(cè)按照進(jìn)口電機(jī)結(jié)構(gòu)加裝了良好的定位、冷卻裝置和密封裝置。在改造軸承的同時(shí)，將端蓋、軸承套、軸承蓋全部進(jìn)行了更換，將軸承油室改造為大空間，并在軸承蓋的外側(cè)全部加裝了密封裝置。這樣一方面利于軸承的散熱，另一方面可保證軸承內(nèi)部的清潔，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。目前對(duì)所有機(jī)組的該電機(jī)全部進(jìn)行了改造，其改造最早的已經(jīng)運(yùn)行4年，效果良好。
2、河曲電廠60萬(wàn)千瓦機(jī)組磨煤機(jī)電機(jī)。該電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)，YTM630-6型、功率1120KW。根據(jù)該電機(jī)的運(yùn)行情況看，其主要存在的問(wèn)題是“軸承發(fā)熱”，尤其是負(fù)荷側(cè)軸承，在夏季，溫度可高達(dá)80度以上。為此采用臨時(shí)措施，在每個(gè)電機(jī)的負(fù)荷側(cè)安裝一臨時(shí)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫。另外，多臺(tái)電機(jī)在一年左右的時(shí)間里，基本全部進(jìn)行了大修或臨修，而主要的檢修項(xiàng)目就是檢查更換電機(jī)軸承。經(jīng)過(guò)我們分析認(rèn)為：電機(jī)軸承附件結(jié)構(gòu)不合理是導(dǎo)致“軸承發(fā)熱”的主要原因：該電機(jī)軸承油室過(guò)小造成運(yùn)行中軸承發(fā)熱;軸承的結(jié)構(gòu)是在軸承外側(cè)裝有一個(gè)距離軸承很近的擋油盤，使運(yùn)行中軸承的熱量也不易散發(fā);負(fù)側(cè)為滾柱軸承，空側(cè)為球形軸承，而電機(jī)的出風(fēng)又是在負(fù)側(cè)，而負(fù)側(cè)的軸承摩擦系數(shù)又遠(yuǎn)大于空側(cè)的軸承，所以造成負(fù)側(cè)軸承溫度偏高。
我們根據(jù)該電機(jī)軸承的故障及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以下的改造：全部設(shè)計(jì)更換了軸承附件，加大了軸承油室;將軸承外側(cè)的擋油盤去掉，軸承的定位裝置采用了進(jìn)口高壓電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式;將兩側(cè)軸承換位安裝，負(fù)側(cè)軸承改為#6334型，空側(cè)軸承改為#NU234,減少了負(fù)側(cè)軸承的摩擦系數(shù)，減小了因機(jī)械而對(duì)電機(jī)軸向的影響;按照進(jìn)口電機(jī)的結(jié)構(gòu)，在軸承內(nèi)、外油蓋的外側(cè)加裝了鋁合金梯形槽的密封，確保運(yùn)行中軸承內(nèi)部的清潔。目前，改造后的電機(jī)運(yùn)行正常，負(fù)側(cè)的軸承溫度比負(fù)側(cè)端蓋溫度還低3～5度，達(dá)到了改造效果(見上圖)。
3、濟(jì)寧電廠30萬(wàn)千瓦機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)電機(jī)。同為上海產(chǎn)，YKK560-4型、功率1250KW，其軸承故障與河曲電廠的磨煤機(jī)電機(jī)基本相同，所以我們采用了與河曲電廠基本相同的改造方案。因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速及軸承的不同，所以其改造的具體項(xiàng)目也不同。負(fù)側(cè)軸承由原來(lái)的#N332改為#6332，空側(cè)軸承由原來(lái)的#6330改為#NU230。改造后達(dá)到了良好的運(yùn)行狀況。
4、河北威縣電廠給水泵電機(jī)。該電機(jī)為長(zhǎng)沙電機(jī)廠生產(chǎn)，YKK4504-2型，功率800KW，軸承結(jié)構(gòu)是：負(fù)側(cè)為雙軸承結(jié)構(gòu)，外軸承為#NU221型圓柱軸承，內(nèi)軸承為#6221型深溝球軸承，空側(cè)軸承為#NU221圓柱型軸承。在軸承故障的處理中發(fā)現(xiàn)，該電機(jī)軸承的故障主要是軸承的結(jié)構(gòu)比較緊密，加上該軸承的設(shè)計(jì)沒(méi)有良好的排油裝置而造成軸承嚴(yán)重的發(fā)熱。該電機(jī)的負(fù)側(cè)外軸承和空側(cè)軸承其允許最高轉(zhuǎn)速，國(guó)產(chǎn)軸承為2800轉(zhuǎn)/分;進(jìn)口軸承為3000轉(zhuǎn)/分。該電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為2980轉(zhuǎn)/分，已經(jīng)超過(guò)和達(dá)到了軸承的允許轉(zhuǎn)速，所以這也是造成軸承的損壞的主要原因。另外，在該電機(jī)的銘牌上標(biāo)明：“電機(jī)每運(yùn)行1000小時(shí)或軸承溫度突然上升，必須停機(jī)，拆下軸承外蓋，將廢油脂清洗干凈后再加入新潤(rùn)滑脂”。也就是說(shuō)該電機(jī)運(yùn)行四十幾天就必須停機(jī)，進(jìn)行軸承的清洗。可以說(shuō)，這對(duì)于發(fā)電廠的重要設(shè)備來(lái)說(shuō)是不適應(yīng)的。同時(shí)也從這個(gè)要求中看出，該電機(jī)的確存在著軸承的設(shè)計(jì)問(wèn)題。
為此我們對(duì)該電機(jī)進(jìn)行了以下改造，將負(fù)側(cè)軸承改為#6221型單軸承結(jié)構(gòu)，空側(cè)軸承改為#NU220型，這樣可將兩側(cè)軸承的允許轉(zhuǎn)速提高到3200轉(zhuǎn)/分，軸承的徑向承載能力經(jīng)過(guò)計(jì)算，也完全可達(dá)到使用要求。軸承附件的設(shè)計(jì)，是在軸向尺寸允許的情況下盡量加大了軸承的油室。兩側(cè)軸承的定位采用“開槽螺母與鎖墊”的結(jié)構(gòu)，對(duì)軸承可起到良好的散熱、冷卻效果。兩側(cè)軸承的附件按照維護(hù)方便的形式設(shè)計(jì)加裝了加、排油裝置，保證電機(jī)在運(yùn)行中潤(rùn)滑脂的正常加入和潤(rùn)滑脂的順利排出，改變?cè)撾姍C(jī)每四十幾天就需停機(jī)維護(hù)的缺點(diǎn)。該電機(jī)改造后，電機(jī)軸承的運(yùn)行溫度降至50℃以下，保證了安全運(yùn)行，提高了軸承的使用壽命。
五、總結(jié)發(fā)展：
我們通過(guò)對(duì)改造后電機(jī)運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)，其軸承溫度達(dá)到了允許值以下，連續(xù)運(yùn)行周期基本都達(dá)到了機(jī)組的一個(gè)檢修周期，大大減少了因電機(jī)的損壞所造成機(jī)組的臨時(shí)停機(jī)故障。
據(jù)了解，目前魯能顛東電廠、濟(jì)寧嘉祥電廠的磨煤機(jī)電機(jī)，運(yùn)行了不到一年即相繼出現(xiàn)了多臺(tái)軸承損壞的故障。經(jīng)過(guò)我們所了解該電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)看，重點(diǎn)也是軸承的設(shè)計(jì)、選用問(wèn)題：該電機(jī)型號(hào)為YTM710-6，1400KW，上海產(chǎn)。負(fù)側(cè)軸承為#23044型調(diào)心球面滾子軸承。查閱軸承手冊(cè)可得知，該軸承只能承受較小的軸向負(fù)荷。而像這樣大功率的電機(jī)，磁極中心微小的誤差或因轉(zhuǎn)子熱脹冷縮產(chǎn)生的軸向位移而產(chǎn)生軸向力是必然存在的。所以說(shuō)該電機(jī)采用了這種軸承結(jié)構(gòu)，其軸承的損壞必然是較多的。再者該軸承的允許轉(zhuǎn)速與電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速基本相同，也可造成軸承的壽命縮短。該電機(jī)的空側(cè)軸承為#3038型單列滿圓柱滾子軸承。這種軸承的承載能力很大，但是此種軸承的允許轉(zhuǎn)速卻很低。從軸承手冊(cè)查得，該軸承的允許轉(zhuǎn)速比電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還小很多，所以該軸承的連續(xù)使用時(shí)間也不會(huì)太長(zhǎng)，而且一旦發(fā)生軸承的損壞故障，往往是軸承的內(nèi)套與軸相粘連在一起。關(guān)于該電機(jī)的問(wèn)題及改造建議已經(jīng)交付該廠生產(chǎn)部門進(jìn)行研究。我們相信，如果按照已經(jīng)成熟的經(jīng)驗(yàn)對(duì)該電機(jī)軸承進(jìn)行改造后，一定能徹底解決該電機(jī)軸承頻繁損壞的問(wèn)題。
另外根據(jù)所了解的信息，在全國(guó)的很多發(fā)電廠幾乎都存在著此類問(wèn)題。目前我們雖然在電機(jī)軸承改造的工作中取得了很好的效果，但是必然還存在著很多不足之處。今后我們將進(jìn)一步探討、努力，將先進(jìn)的技術(shù)更廣泛地應(yīng)用到我們實(shí)際的工作中去，為電力事業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
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