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主电机轴瓦异常情况分析解决办法

2013-10-17

陈冬文
（南京钢铁股份有限公司）
　　摘　要：介绍南钢中板厂四辊轧机主电机轴瓦一种非典型故障现象、原因分析及解决办法，提出了对类似问题个人见解。
　　关键词：调心轴承；油膜厚度；轴电流；安装要求
　　1　概述
　　我厂在1994年进行四辊轧机改造，主电机选用东方电机厂产品，型号为：ZZ2500-820。从1994年投产到2000年，主机轴瓦使用一直都比较正常。在2000年4月份，上主电机传动侧轴瓦温度突然升高，经过修复后继续投入运转。但两个月后，同一只轴瓦又出现温度偏高现象，以后每隔一个月左右就会出现同样问题，严重困绕着中板正常生产。更为严重的是，检修结束后在试机过程中常出现在5-10min之内轴瓦温度迅速上升问题。上轴瓦第二次检修连续处理7次，耗时56h，这一问题严重困绕着我厂生产。2000年6月份次发现此问题时，我们委托“二十冶”进行处理（该轧机原始安装单位是二十冶），由于条件限制需在不吊电机转子及上过桥轴情况下用液压千斤顶将电机及过桥轴浮起，将上瓦吊开，下瓦沿圆弧面翻开后进行处理，安装时按相反顺序进行，处理时间为8h，使用2个月后又发现瓦温升高。随后使用状况越来越差。在没有其它办法的情况下采用每周做一次俭查和处理的办法来维持生产。在2002年以前经常出现问题的是瓦“2”，2002年3月份以后瓦“1”及瓦“2”都相继出现瓦温升高同题。
　　2　原因分析
　　从打开瓦的情况来看，瓦的磨损情况相当严重，轴颈与轴瓦在下部45°范围内几乎不存在“油线”。从瓦面磨损情况来看，轴与轴瓦之间的油膜被破坏，或是不能建立有效油膜，从而发生不完全润滑的半干磨擦，甚至是干磨擦。从这种现象来看，造成此类问题主要原因是由于轴与轴瓦之间不能建立有效的油膜。
　　油膜破坏或油膜厚度达不到要求主要与设备的安装、轴瓦表面的粗糙度、电气部分、油质等因素有关。
　　2.1 设备安装误差较大造成轴瓦实际承载压力
　　主电机传动示意图见图1。
　　从电机安装结构来看，瓦2受力情况Z复杂，如瓦座或电机定子地脚螺栓松动，很有可能造成电机气隙变化，使电机转子、过桥轴不在同一条直线上，使瓦受力偏向一侧，造成一侧压强过大不易形成油膜或油膜易破坏，从而造成瓦磨损及瓦温升高。东方电机厂在技术要求中提出，电机气隙偏差要控制在0.66mm以内（总气隙为16mm）。在第二次检修过程中，我们对电机气隙做了检测，其偏差达0.8mm，超过规定范围，后经过调整，偏差在0.2mm以内，效果较明显。从多次检修经验来看，此类型电机气隙偏差在0.4mm以内较好。从实际情况看，瓦的磨损次、第二次都偏向前侧与气隙偏移方向一致，安装过程中气隙的调整对瓦的影响是显而易见的。
　　动压滑动辊承Z小油膜厚度的极限值一般要满足h2min=hs+Y1+Y2，（hs为轴承边缘处油膜厚度的Z小安全值）。
　　如调心轴承，在考虑轴承所需Z小油膜厚度时，就可以不考虑Y1及Y2，但调心轴承如失去调心作用，要使油膜不被破坏，Z小油膜厚度极限值h2min就必须增加Y1+Y2，否则油膜遭破坏的可能性就增加。为了消除安装误差或其它影响，该电机瓦设计为自调心轴瓦，球形瓦宽径比为1：1，外形尺寸为Ø560X560，轴承合金为ZChSnSb11-6，球面尺寸为球Ø880。在图纸上要求球Ø880与所配轴承座必须进行研磨，其间隙控制在0.1-0.17之间。由于条件限制，电机转子及过桥轴在日常检修中不可能吊开，新换瓦的球面如何与瓦座球面进行研配很难解决，如不能按技术要求做到，很有可能使调心轴承失去调心作用。如不能很好的处理好调心问题，油膜厚度可能达不到要求。同时由于失去调心作用，使轴承实际承载区面积减少，实际宽径比达不到设计规定要求，必然会造成轴瓦局部过热，Z后导致烧瓦。
　　2.2 表面粗糙度的影响造成油膜破坏
　　对类似滑动轴承而言，通过轴颈与轴承表面轮廓算术平均偏差之和应小于hs的1/5，考虑到孔与轴加工难易程度，轴颐表面的Ra值取在0.10-0.20mm范围内，轴瓦表面Ra值取在0.20-0.40mm范围内。但是轴瓦“2”在2000年6月份烧瓦过程中，轴表面遭到了一定损伤，表面有明显刮痕。轴表面粗摘度已达不到规定要求。
　　2.3 电气部分对瓦的影响
　　在分析瓦“2”问题的同时，瓦“1”开始出现类似情况。但瓦“1”不存在多次安装造成的误差，也不存在轴表面拉伤问题。是什么原因造成油膜破坏的问题到目前为止，我们还不能从正面进行回答。但从反面可以做一些推断：轴电流也是影响油膜轴承原因之一。轴电流的产生原因比较复杂，对于电机一类转子，产生轴电流的原因是磁力线分布不对称效应及转轴的磁化效应。这种现象在交流电机中表现较为明显，在直流电机中也存在同样的问题。两种情况都有可能在一些金属零部件内感应起一定电位。当电位升高到足以击穿油膜时，就形成电流回路。这种电流回路可能穿过整个转子，也可能是在轴承形成局部的短路电流。短路电流又会产生新的磁场，磁化转轴或其它零部件。
　　这种磁电相互转换，可在机组内形成很强的磁场，并出现很高的故障电流。一般认为足以引起轴电流损伤的电压在20V以上，典型轴承损伤电压在30-100V之间。事实上，这样大型电机在设计和安装过程中都采取相应的措施来消除电流对设备的影响。通常采用的方法是使零部件绝缘。例如：把一处或多处和轴承连接的地方（包括油路管线在内）进行绝缘，这样在轴承和它的支承体或任何周围单体之间无金属接触，隔断轴电流回路；或将转子部分采用滑环结构接地。我厂电机也采用了这两种方法。但检查中发现：一是绝缘端并不绝缘。从现场情况来看，由于瓦座定位销和油管接地造成。二是转子接地不正常。由于长期忽视检查，接地滑环与碳刷之间并不接触，没有起到应有接地作用。Z近一次又对上述间题做了解决，瓦的磨损情况明显好转。与以往每次检查的情况相比，干摩擦现象明显减少。说明油膜的破坏程度有了明显的降低。
　　2.4 油质的影响
　　目前油内杂质和氧化成分较多，油发黑，加速了油膜破坏和瓦的磨损。
　　3　预防措施及解决方法
　　3.1 定期检查传动部分同心度、水平度及电机气隙，如发现气隙偏差超过0.5mm，就必须进行调整。
　　3.2 在更换或检修电机瓦时，Z好能将轴或轴转子吊开，严格按要求对球形瓦的瓦背和瓦座进行研磨，达到规定要求。如不具备条件，也可以采用“翻瓦”方式进行检修。在回装过程中一定要注意原瓦背有无拉伤痕，如有要认真给予重视。用板锉、油石、细砂布等工具将球面和瓦座做彻底处理，要确保二配合面光滑不变形。这是保证一次安装到位而不会在短时间（30min以内）使瓦沮升高的重要步骤之一。但是无论采用哪一种左法，瓦和瓦座一定要注意配对使用。如换瓦就必须进行研磨。
　　在装配过程中还要注意由于电机转子有36100kg，加上连接轴的重量，瓦承受压力很大，电机转速为0-60/120转/min，爬行速度只有6转/min。为了防止在试机初期由于电机转速过低，油膜不能形成造成后果，必须在安装过程中注意对瓦背、瓦面、轴颈等处预加足够润滑油。油的粘度可以选用大一点的，也可以选用68#汽轮机油。另外如轴颈的表面粗糙度达不到要求必须采取相应的措施，对表面进行打磨抛光。
　　3.3 选择合适的润滑油。根据原设计厂家推荐使用20#及30#汽轮机油，对照标准即N32及N46汽轮机油，但轴颈粗糙度已达不到规定标准。按要求如滑动轴承要达到稳定工作条件，其膜厚比A要达到一定量，一般推荐A在5-10之间较合适。如轴表面受伤，润滑油油膜厚度必须要增加，才能满足要求。根据道森（D.Dowson）公式，油膜厚度的增加在结构不变的前提下，一是提高轴的转速；二是提高油的粘度。由于工艺条件限制，我们可以通过提高油的粘度来弥补轴粗糙度增加带来的不足。具体的粘度选用可采用一种简单的做法。由低到高进行试用，定期对瓦的情况进行跟踪检查。我们经过几个月尝试，现采用N68汽轮机油及N46汽轮机油各50%的混合油在夏天使用，效果很好。
　　油膜厚度的增加也可有效地防止轴电流对油膜的破坏。选用新混合油后检测温度与选用前变化不大。目前瓦温一般在48℃以下。
　　3.4 采用有效措施消除轴电流可能的影响。一是对原设计对接地线进行定期检查，确保接地可靠；二是将各部绝缘进行定期检侧，特别是在检修后，必须坚持做好这方面的工作。
　　3.5 将轴瓦的温度显示表改为电控表。由于四辊轴瓦的特殊性，瓦温在不正常的情况下温度能迅速上升，人工来不及监控，可通过电控表在温度异常的情况下及时控制主机跳闸，防止失控造成更为严重的后果。
　　3.6 对主要的油箱加装一个循环清洁系统，确保油质合格，并定期化验，达不到要求时及时换油。
　　对四辊主电机，我们通过实践，采取了相应的办法，取得了良好的效果。由于此类问题并不典型，在认识上不一定全面，甚至不准确，有待进一步探讨。
　　参考文献
　　【1】韩庆大,设备状态监测与故障诊断技术.东北大学继续教育中心
　　【2】张晨辉,林智亮编著.设备润滑与润滑油应用.机械工业出版社
　　【3】徐灏主编.机械设计手册.机械工业出版社
　　【4】2500KW直流电动机.东方电机厂
来源：《宽厚板》第9卷第1期
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