高压电动机轴电流引起的轴承烧损及解决方法

钟景祥

摘要：文章通过现场设备电动机产生轴电流的实例，简述了采用滚动轴承的大中型电动机轴电流产生的原因及其对电动机轴承造成的损坏，介绍了轴电流烧伤轴承的特征及处理方法。

关键词：轴承烧损；电动机；分析；轴电流；解决方法

中图分类号：TH133.3文献標识码：A 文章编号：

Abstract: the article through the site equipment motor shaft of the current produced an example, this paper expounds the rolling bearing of large and medium-sized motor axis current to produce reason and to motor bearing damage, this paper introduces the characteristics of bearing shaft current burns and processing method.

Keywords: bearing loss; Motor; Analysis; Axis current; solution

1、概述

某电厂#2机是一台容量300MW汽轮发电机机组，与之配套的汽前泵电动机为哈尔滨电机厂生产，型号为Y4501-4，额定容量为630KW，额定电压6KV，额定转速1482 r/min，额定电流74 A，F级绝缘。该电动机转子轴承为滚动轴承，轴伸端为NU 228滚柱轴承、6228滚珠轴承、 非轴伸端为 NU 228滚柱轴承。

汽前泵电动机自安装投运以来，电动机非轴伸端轴承频繁发生声音异常和振动增大等异常损坏，检修后仅能维持一段时间的正常运转，随后情况就逐渐恶化。从国产轴承到进口轴承都更换过，每年约更换轴承三到四次，更换轴承周期最短的只有二个月。严重的是该电动机停运检修前需要降低机组负荷，然后起动电动给水泵运行，才能停运汽前泵和汽动给水泵，此时机组只能带60%的负荷，已影响机组的安全高效、长周期稳定运行。

2、轴承损坏原因分析

同样的轴承结构和安装方法在其它电动机上为何没有发生这种现象，从而排出了轴承安装工艺和轴承质量等因素，那么轴承频繁损坏的具体原因是什么呢？通过对更换下的轴承观察其损坏现象，基本上每次换下的轴承都是润滑脂流失，轴承发热，轴承滚动体及轴承内圈滚道表面光亮、有凹坑麻点及条形烧伤痕迹。经仔细观察，发现这些凹坑麻点都是由放电产生。初步认为是电动机转子产生有较大的轴电压，在此电压下产生较严重的轴电流。正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜存，起到绝缘作用。较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。当轴电压增加到一定数值时，尤其电动机起动时，轴承内润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，电流通过转子和轴承与机壳形成电流回路，当滚动体在轴承的滚道上滚动和碾压时，轴电流产生放电小火花烧灼轴承引起损坏。同时轴承内圈滚道表面有洗衣搓板状条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。

在以往检修时，由于电动机是因为轴承噪音和振动等故障情况检修，总认为是轴承质量差和转动磨损，再加上轴电流在电动机轴承上引起的烧损事故较少，缺少这方面的判断经验，从而忽略了轴电流的存在。

3、轴电流的危害

由于滚动轴承维护方便、运行可靠，因此在中小型电动机中得到广泛应用。但随着滚动轴承制造技术的发展，现代中型、大型电动机在制造时也多采用滚动轴承。实际上，采用此种轴承的大、中型电动机在运行过程中，两轴承端或电动机转轴与轴承间有轴电流存在，使轴承表面或滚珠（滚柱）受到侵蚀，形成点状微孔，使轴承运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，电动机轴承使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的只能运行几小时，给安全生产带来极大影响，同时轴承损坏及更换带来直接和间接经济损失不可小计。 因此，必须重视此类新投入运行的大、中型电动机的轴电流危害。

4、产生轴电流的原因

造成轴电流的原因是由于沿铁心圆周方向磁阻不均，产生与转轴交链的磁通而感应出电动势，轴电流产生原因可归纳下面几种。

由于磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在；

当转子绕组发生接地故障，有接地电流产生；

转轴上有剩余磁通，起单级发电动机作用；

铁心材料方向性引起磁路的磁阻不均；

设计时选择扇形片数与极对数关系不正确；

由静电引起，（不过一般静电电流较小，作用不会太大）。

假设电动机的极对数为p，定子铁芯接缝数为n，则分数n/ p约分后为n′/ p′，当n′为偶数时，不会产生轴电流；当n′为奇数时，会产生频率为fn′的轴电流。这里的f为电动机电源频率。比如电源频率为50 Hz、4极电动机，它的定子冲片接缝数为6，则n/p = 6/2 = 3/1。n′＝3是奇数，故该电动机就有轴电流产生。轴电流频率为fn′＝50 Hz×3＝150 Hz。

虽然电动机因各种原因产生的轴电压很低，只有0.5～2 V左右，电压相对较低，但因其回路电阻极小，所以将有很大轴电流产生，轴电流值能达到十几安到几十安，对滚动轴承危害很大。

5、 消除轴电流损坏轴承的改进方法

轴电压产生有多种因素，要想完全解决该电动机转子不产生轴电压是很难的，只有通过其它方式加以解决，一般现场采用如下防范措施：

(1) 轴伸端轴上安装接碳刷，以降低轴电位，接地碳刷与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。

(2) 为防止磁不平衡等原因产生轴电流,将电动机非轴伸端的轴承室与端盖进行绝缘处理，以切断轴电流的通路。

鉴于汽前泵电动机的轴承室与端盖可拆解分离，我们决定采取第(2)种处理方法。利用机组小修机会，将电动机非轴伸端的轴承室与端盖分离，将轴承室上车床将外圆车削加工减小4mm并滚花，轴承室的凸缘部分厚度车薄2mm，用于安装2mm厚的环氧玻璃纤维层压板绝缘垫圈。在轴承室车削后的外圆上连续缠包环氧无纬玻璃丝带，其外径比原有的外径尺寸大3mm，将轴承室放进电烘箱经150℃ 24小时高温固化后形成玻璃钢体，冷却后再上车床找内圆找正，将玻璃钢车削至原来轴承室的外径尺寸，轴承室的外圆就成为了绝缘体。

用2mm厚的环氧玻璃纤维层压板制成绝缘垫圈，其内圆等于轴承室外径，其外圆比轴承室最大外圆尺寸大出2~3mm，套在轴承室的凸缘上。将固定轴承室的螺栓外表套上绝缘套筒和绝缘垫圈，使轴承室安装在端盖上与端盖之间有绝缘，这样就把轴电流与电动机机壳的回路完全切断了（如图所示）。

图示轴承室绝缘结构改进

1－外轴承盖 2－垫圈 3－螺母 4－绝缘垫圈5 －端盖6－轴承室

7－绝缘垫圈 8－螺栓9－绝缘套筒10－内轴承盖 11－轴承

6、改进后的效果

轴承室改进装配后电动机在运行中，我们用一小段导线将轴承室与端盖短路触碰有小火花产生，用数字万用表能测量到轴承室与端盖之间有1.2伏轴电压，证明是因为轴电流才造成轴承的频繁损坏。轴承室通过绝缘改进后，起到了阻断轴电流流过轴承的作用，电动机运行至今再没有发生轴承噪音、振动和损坏等，分析判断是正确的、改进是成功的。

7、结束语

改进一个轴承室，解决了频发的轴电流损坏轴承故障，保障汽前泵电动机能长周期安全运行，减少了更换轴承成本损失，这种方法能消除高压电动机轴电流的危害。

[参考文献]

赵家礼电动机修理手册机械工业出版社 1992年10月第2版

朱启东电机学 北京科学出版社1982年5月出版

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。