大型电机轴承发热故障诊断与处理

祁起世

(大同煤矿集团 机电装备制造有限公司中央机厂，山西 大同 037001)

大型电机轴承发热故障诊断与处理

祁起世

(大同煤矿集团 机电装备制造有限公司中央机厂，山西 大同 037001)

针对大功率电机，在空载试运行时，轴伸端轴承发热，如何达到降温的目的，使电机能够正常运行，先绘制零件图和总装配图，再在电子图版上组装，使转子铁芯轴向中心线与定子铁芯轴向中心线重合。发现转子轴部分与其它部件有的形成重叠，有的形成空缺。将有问题的地方加工修正，从而使电机轴承温度下降，运行平稳。

电机；轴承；温度；偏移；磁密度

1 提出问题

某电厂在检修YKK560-3-4型1 600 kW一次风机启动后，在空载试运行时，轴伸端轴承发热95 ℃，当负载运行时温度进一步升高，导致轴承损坏。大唐热电厂电气车间通过研究并采取多种措施，一年进行了4次修理，才使轴承发热温度控制在83 ℃，而电厂要求轴承运行发热温度不得高于70 ℃.该电机为1 600 kW属大型电机，是电厂重要设备，电机轴承异常发热的现象时有发生，按照常规方法难以找到故障产生的真正原因，必须要在诊断技术上大胆创新，才可解决这类疑难问题。同时，此诊断技术对其他电机，尤其对大型电机的发热问题的解决具有十分重要的意义。因此，该厂通过对故障诊断并立项进行技术改造，使电机轴承温度得到控制，取得了良好的效果。

2 诊断过程

1) 测绘故障电机定子壳体，包括电机定子铁芯位置及铁芯长度，以便确定定子铁芯在壳体内的轴向位置和轴向中心线。

2) 测绘故障电机转子、端盖、轴承杯、内外轴承盖等零部件图。

3) 根据各零件图，绘制出总装配图。

4) 在装配图上分别画出定子铁芯和转子铁芯轴向对应中心线，标注该两条中心线间的距离(见图1).

图1 总装配图

3 原因分析

1) 理论上，该电机定子、转子铁芯轴向中心线必须重合，即电机定子、转子铁芯轴向中心线距离为零，而实际上制造和修理加工与装配误差使二者发生偏铁芯的两端对不齐，产生了位移。该电机定子、转子轴向中心线偏移竟达4 mm，已超出允许范围3.5 mm，即转子中心线向负荷端偏移4 mm.电机内定子、转子绕组有电流流过就会产生磁通，定、转子的铁芯冲片及气隙构成一个导磁的回路，主磁通在径向方向经过定子齿部、气隙、转子齿部3部分磁路，经过定、转子轭部磁路进入相邻极，再从相邻通过相反的路径回到起点组成闭合回路，根据电磁理论，定、转子铁芯与气隙之间的闭合磁路的路径尽量缩短，否则会产生电磁力，如该电机定、转子的端面发生轴向位移4 mm，造成电机定、转子铁芯之间的气隙加长，由于电磁力要强行将磁力线拉回到最短的路径位置，即气隙缩短必然会产生很大的附加轴向电磁力。由于该电机在立项前，各零部件均无作轴向的变动，故各部件在轴向上均已定位，不可能串量达到4 mm，因此，电机两端的轴承承受巨大的轴向作用力，在轴向力的作用下，轴承滚动体与轨道之间轻者发生摩擦，重者有长堵现象，使轴承转动不灵活，由于有超量的附加摩擦力作用致使轴承发热产生高温，这就是轴承发热的根本原因。

2) 据用户反映，该电机一直运行稳定只是最近在检修保养后，一直发热运行，不到4 h就将轴承烧毁。据分析，该电机在检修过程中发现缺少一些轴承轴向定位的配套零件，如距离环，隔套等，造成了轴承向移位，所以发生了上述现象。

检测结论：由于定、转子铁芯端面有4 mm的轴向偏移，而电磁力又要强行拉回到两端面基本对齐的原位，致使电机两端轴承承受巨大的附加轴向应力，在轴承轴向均已定位的情况下，轴承滚动体与轨道发生过量摩擦致使轴承发热升温，因轴承在长期摩擦力和高温状态下运行，导致其很快失效或损坏，这就是轴承使用寿命短的根本原因。

4 处理方法

1) 在装配图上移动转子轴向位置，使转子铁芯轴向中心线与定子铁芯轴向中心线重合，即端面对齐。此时由图2发现，转子轴部分台阶段与其它部件有的形成重叠，有的形成空缺。局部放大图见图3.

图2 中心线互相重合相差4 mm 示意图

图3 局部放大图

2) 转子轴向位移后，在轴向中心线重合的条件下，确定转子两端轴承台的轴向位置，用最少及最合理的零配件填充空隙，去掉重叠部分相应的材料或配件，使两端轴承定位在最合理的轴向位置。

3) 根据调整后的轴承装配位置，绘制零部件加工图和加设的其它用于固定轴承位置的部件图，最后绘制标准的总装配图。

4) 根据指示的空隙与重叠部分来确定各部件的加工工艺及填充件的配置，并采取相应措施。

5) 转轴非符合端部分切去4 mm，而另一端轴承加d170 mm×d205 mm×4 mm垫圈1件，在非负荷端外加设d170 mm×d186 mm×4 mm垫Q235圈1件，在另一端轴承外端切去4 mm，以保证两端轴承内圆的轴向定位。

6) 在负荷端的空隙处，在轴承杯与端盖配合的空隙处加d360 mm×d400 mm×4 mm的Q235衬垫一件，而在另一端轴承杯切去相应平面厚度4 mm. 在负荷端加高轴承外盖得止口高度，而另一端轴承外盖切去止口高度4 mm，确保轴承位置定位。

采取上述措施是为了使定子铁芯在不动的情况下，转子铁芯由负荷端向非负荷端轴向位移4 mm，即两端轴承轴向非负荷端位移4 mm.

5 结 果

1) 查找并分析了电机轴承异常发热故障的原因并进行了改造，解决了轴承发热的问题。

2) 以电机定子、转子磁场轴向中心线对齐为基准确定轴承轴向位置的理论概念与处理方法，消除了电机轴承因定、转子磁场轴向中心线偏移而承受轴向拉力，导致电机发热。

3) 此项技术未在任何电机修理技术书籍、杂志上介绍，为首次开发研究。

4) 应用情况及社会效益。

该电机组装后经试验，其电气性能与机械性能指标全部合格达标，该电机轴承温度升高的问题得以彻底解决。在空载试验运行100 min后，轴伸端轴承温度为53 ℃，并趋向平稳。修理后，通过数据的采集和验证得到了客户认可，在电厂电机带负荷作业现场，跟踪记录电机负载运行的情况，历时100 min监测现场带负荷运行轴承温度在60 ℃以下，电机轴承发热故障已基本处理，而电机的其它运行工况也未改变。如振动、噪音、功率因素和效率等基本未受影响。通过技术攻关与改造，对热电厂的另3台1 600 kW一次风机电机和钢厂475 kW轧钢机电机以及煤矿110 kW风机电机等6台因定子、转子铁芯轴向中心偏移导致的轴承发热的故障电机进行修理，取得了良好的效果和经济效益，得到了客户的好评与认可。

6 结 论

高端大型电机正常运行时温度是非常重要的，该电机的修理技术，为不同型号的电机在发现此类似问题时，提供参考方向及解决办法。通过整体和部件的绘制，这种技术不仅能控制轴承温度的升高，而且还能查看磁密度的均匀度，还可以在电机硬件损坏时，及时加工零配件，为日后大型电机修理提供新的技术参考。

[1] 赵家礼.电动机修理手册[M].第3版.北京:机械工业出版社,2003:267-312.

[2] 成大先.机械设计手册(第2卷)[M].第3版.北京:化学工业出版社,2008:121-127,151.

Heating Fault Diagnosis and Treatment of Large Electric Motor Bearings

QI Qishi

Aiming at the high-power motor, the paper discusses the bearing heating related subject. When the bearing running in the no-load test, the shaft end is heated, how to achieve the purpose of cooling, so that the motor can run normally. Firstly, drawing parts and assembly drawings according the parts' physical dimension, then assembling them on the electronic version with CAD system, making the centerline of both rotor and stator in axial direction coincides with each other. It is found that the rotor shaft part and other part of the unit partially overlapped and partially gaped. Correct the fault part, making the motor bearing temperature decreased, motor normal running ensured.

Electrical machine; Bearing; Temperature; Excursion; Magnetic density

2016-08-09

祁起世(1990—)，男，河北来源人，2013年毕业于山西农业大学，助理工程师，主要从事大型电气设备修理和自动化控制工作

(E-mail)601409389@qq.com

TD614

B

1672-0652(2016)10-0023-03