大型電機軸承溫度異常的原因分析及改造方案

胡常春

(華電福新能源股份有限公司華安水力發電廠，福建 漳州 363800)

大型電機軸承溫度異常的原因分析及改造方案

胡常春

(華電福新能源股份有限公司華安水力發電廠，福建 漳州 363800)

針對某電廠機組引風機電機驅動端軸承頻繁出現溫度突升的異?，F象，進行了故障查找和原因分析，并對電機軸承結構實施了改造。改造結果表明：將引風機電機軸承改造成滑動軸承后，電機軸承溫度保持在正常合格范圍內，避免了重大經濟損失和不良社會影響，改造效果顯著。

電機軸承；溫度異常；軸承結構；技術改造

0 引言

某電廠1期裝機容量為2×396 MW，主機和重要輔機均為進口設備，2臺機組于2001年正式投入商業運行。2013—2014年，該電廠對1期2臺機組實施了煙氣脫硝技術改造，也對機組引風機進行了擴容改造。但是，在機組引風機擴容改造后，引風機電機的驅動端軸承在運行中頻繁出現溫度異常突升現象，嚴重危及機組的安全穩定運行。

1 存在問題

該電廠每臺機組安裝2臺引風機，在2001年投產時引風機電機采用德國西門子公司制造的1 850 kW進口電動機，電機使用滑動軸承，自投運后十余年來運行正常。此后，因機組脫硝改造的需要，引風機電機更換成上海電氣集團上海電機廠有限公司制造的3 300 kW國產電動機。更換后的引風機電機技術參數如表1所示。

表1 更換后的引風機電機技術參數

引風機電機更換后投運不久，出現電機驅動端軸承溫度異常升高的現象，其中1B引風機電機癥狀較為明顯。雖經引風機廠家調整，仍無法徹底消除電機驅動端軸承溫度突升問題。后來，在引風機廠家確認可用的情況下，該電廠決定先保持引風機帶病運行。

2013年10月，1B引風機電機再次頻繁出現驅動端軸承溫度異常突升現象，危及1號機組安全運行，電廠立即聯系引風機及電機廠家到廠進行檢查。經廠家現場檢查分析，認為可能是由風葉角度安裝不一致或內部部件裝反引起的，需在引風機計劃停運后進行風機葉片同步性檢查、整流導葉環安裝正確性檢查、風機膨脹量及中心檢查和風機流道檢查。暫時保持風機葉片開度在50 %以下運行。

2014年1月，在1號機組臨檢期間，電廠方按引風機廠家的處理意見對1號機組引風機及電機進行了檢查，問題仍然沒有解決。

2014年7月，電廠方再次聯系引風機及電機廠家到廠檢查。根據電機廠家的要求，對電機軸承進行油脂置換。隨后，1號機組1A/1B引風機于7月6日和7月12日先后因電機驅動端軸承溫度過高而跳閘。跳閘后，對1A/1B引風機電機進行解體檢查，發現2臺引風機電機的驅動端軸承均已嚴重損壞，損壞情況如圖1，2所示。

2 故障原因分析

結合該電廠機組引風機電機投運1年多運行的監測數據、電機驅動端軸承溫度升高問題的檢查調整及引風機電機因驅動端軸承溫度過高跳閘后的解體檢查結果，基本可認為電機驅動端軸承運行中頻繁出現溫度異常突升導致軸承損壞的根本原因是：電機軸承設計選型不合理(軸承型號為NSK NU240ECM/C3和NSK 23044CC/C3W33)。

圖1 引風機電機軸承損壞情況

圖2 引風機電機軸承保持架散架

2.1 軸承潤滑油問題

由引風機電機銘牌得知，電機使用鋰基脂2號潤滑脂。查閱潤滑脂相關資料，該油脂滴點溫度較低，即稠度較低，適用于中轉速、中負載的機械設備。由于電廠引風機電機屬于高負載設備，故認為該潤滑油脂不適合用于該電機。1號機組引風機電機跳閘故障處理后，已將電機軸承潤滑油置換成鋰基脂3號潤滑脂。

2.2 軸承搭配問題

NSK 23044CC/C3W33為雙列球面滾子軸承，極限轉速為1 200 r/min；NSK NU240ECM/C3為單列圓珠滾子軸承，極限轉速為1 700 r/min。23044CC軸承允許轉軸調心，而NU240ECM則不允許(屬于固定式)。因此，NSK NU240ECM/C3與NSK 23044CC/C3W33軸承不適合搭配使用。

由于引風機轉子中心不正、轉子受熱膨脹、轉子自重下垂等原因，造成電機轉子不可能保持在同一水平線上，軸線如圖3所示。

圖3 軸線示意

由于NU240ECM不可調心，引起23044CC軸承徑向受力不均勻，局部受力過大，或引起額外附加軸向力，縮短了軸承壽命。經咨詢NSK工程師，建議兩端均使用雙列球面滾子軸承，以保證自動調心功能。

2.3 軸承壽命、載荷和選型問題

當實際轉速超過軸承極限轉速的1/2時，即超過600 r/min(NSK 23044CC/C3W33軸承)和850 r/min(NSK NU240ECM/C3軸承)時，對軸承的使用條件限制更為嚴格；而引風機電機額定轉速為994 r/min，軸承更容易受外部條件的影響而縮短實際使用壽命。

該電廠脫硫系統原增壓風機的額定功率為2 100 kW，額定轉速為595 r/min，電機軸承均采用23044CC和23048CC雙列球面滾子軸承，電機正常投入運行。相較于增壓風機電機，引風機電機功率增加了1 200 kW，轉速提高了399 r/min，但驅動端軸承仍選用23044CC雙列球面滾子軸承，顯然無法滿足實際載荷的需要。

綜上述所，電廠認為引風機廠家在電機軸承設計、選型上存在問題。現有軸承為滾動軸承，無法長期承受引風機重型負載，建議將引風機電機軸承改為滑動軸承，以提高電機的運行可靠性。

3 改造方案的選擇

電廠與電機廠家討論并向NSK軸承廠家咨詢后，提出了3種改造方案：

(1) 在引風機電機非驅動端加裝推力軸承；

(2) 將現有軸承更換成尺寸更大的滾動軸承；

(3) 將現有滾動軸承改造成滑動軸承。

對比3種改造方案的優劣，并結合引風機電機運行工況，決定采用方案(3)。

4 改造方案的實施

4.1 電機定、轉子的常規檢查及處理

(1) 拆除引風機電機，將電機運返電機廠進行改造、處理。

(2) 拆解電機，并將其清洗、烘干。

(3) 電機定子三相直流電阻和絕緣電阻的測定、線圈匝間絕緣耐沖擊電壓試驗。

(4) 檢查電機槽楔、線圈端部的綁扎是否松動，絕緣件是否老化，電機引線是否老化開裂。

(5) 電機定子浸漆絕緣處理1次，定子線圈端部及鐵心表面噴8037號絕緣覆蓋漆。

(6) 檢查轉子鼠籠銅排是否松動，與端環的焊接是否開裂或脫焊等。

4.2 滾動軸承改為端蓋式滑動軸承

(1) 新制作兩端端蓋式軸承。

(2) 根據滑動軸承結構尺寸，重新制作新轉軸，更換電機轉軸。

(3) 將前后兩端的端蓋改為滑動軸承式端蓋，更換電機兩端的端蓋。

(4) 定子兩端止口平面螺孔的位置及尺寸應根據兩端端蓋上的螺孔重新配鉆，將原來的螺孔悶掉。將電機原有的4個地腳孔加工成腰形孔，即將原有的孔沿軸向方向兩邊各放長5 mm，以保證電機在安裝時軸向位置可以調整(更換轉軸后，電機的磁中心位置可能會發生很小的變動)。

(5) 轉子重新校動平衡。

(6) 轉子鐵心表面噴8037號絕緣覆蓋漆。

(7) 電機總裝時需保證定轉子之間的間隙，并在端蓋和定子止口之間打定位銷，以保證定轉子之間的間隙不變。

(8) 在電機負荷端增加1套接地電刷。

(9) 電機試驗過程中測量電機的磁中心位置，并標注在新的磁中心位置的銘牌上（附試驗報告）。

4.3 電機運返現場安裝投運

(1) 引風機電機軸承改造后的電機安裝尺寸，與原來的安裝尺寸基本保持一致。

(2) 為了確保電機運行中軸承溫度正常，引風機電機軸承潤滑改為強迫稀油潤滑方式(電機自潤滑結構使運行中的軸承溫度偏高，將縮短軸承使用壽命)，所用潤滑油接自引風機現有油站(油壓和流量滿足改造后電機軸承的使用需求)。

(3) 安裝引風機電機時，兩聯軸器之間的軸向尺寸應按電機上的磁中心位置尺寸進行安裝，以確保電機在正常運行時不會竄動。

5 改造后的運行情況及改造效果分析

5.1 改造后的運行情況

該電廠利用2015年2臺機組小修時機，對2臺機組4臺引風機電機全部實施軸承結構改造。改造后，引風機電機各項運行參數正常，電機軸承溫度保持在合格范圍內，至今沒有出現溫度異常突升現象。

5.2 改造效果分析

現以2014年7月1號機組引風機電機故障導致的損失為例，對改造效果加以計算分析。故障處理期間正值社會用電需求高峰，機組負荷原本應基本保持在300 MW以上，但因引風機故障無法投運，導致機組負荷限制在200 MW以下，故障處理時間291 h，按度電邊際貢獻0．10元計算，保守估計單電量損失就高達290萬元；此外，還有故障處理備件和人工費用約27萬元等。每臺引風機電機軸承改造所需費用僅為40萬元，4臺電機軸承改造費用為160萬元，遠低于單臺電機故障導致的經濟損失。

該電廠將引風機電機滾動軸承改為滑動軸承后，提高了引風機電機的運行可靠性，避免了因引風機電機軸承故障造成機組負荷長時間受限而導致的重大經濟損失和不良社會影響，改造效果顯著。

6 結束語

該電廠通過引風機軸承改造，徹底消除了機組重要輔機的安全隱患，提高了發電機組的運行可靠性。同時，改造前后的設備隱患分析、改造方案選擇及現場改造實施，為以后解決同類設備異常提供了依據和實例，對今后同類電廠大型電動機的設備選型、運行維護及軸承改造有一定的借鑒意義。

1 權世成．高壓電動機滾動軸承故障的分析與預防[J]．中國電力教育，2009，24(8)：256-257．

2 趙永秀，付周興，李 忠．高壓電動機故障的原因分析與改進措施[J]．工礦自動化，2009，31(12)：101-103．

3 左 震．汽輪機軸承軸向振動大的原因分析及處理[J]．電力安全技術，2011，13(11)：54-56．

4 彭 浩．給水泵液偶小齒輪推力軸承振動分析[J]．電力安全技術，2012，14(3)：20-22．

2016-10-29；

2016-12-29。

胡常春(1976—)，男，工程師，主要研究方向為電氣設備試驗及應用技術管理，email：747376138@qq．com。