一次風機電機軸承電腐蝕故障診斷及解決方案

柯 昭，錢 猛

（湖北西塞山發電有限公司，湖北 黃石 43500）

1 技術背景

為提高的設備管理水平，本公司引進SDT270超聲波檢測儀，利用接觸式探頭進行軸承部位的超聲波檢測，該設備的測量的頻率范圍為10～128kHz，靈敏度為-65dB/μV40kHz。該設備主要用以探測轉機軸承早、中期磨損。同時引進創優CX10振動故障分析（診斷）儀，該分析儀可實時顯示四通道同步采樣，最大分辨率達25600線；頻率范圍為0.5～40kHz，動態范圍＞104dB，基于規則的嵌入式專家分析診斷系統，三軸加速度傳感器進行數據采集，頻譜窗口可為漢寧、海明、平頂、不加窗，平均類型分為線性、指數、峰保持、峰保持連續，能顯示瀑布圖、伯德圖、重疊處理，重疊率為0%、25%、50%、75%。通過安排專業人員進行精密點檢系統培訓后開展精密點檢的日常工作，及時發現轉機設備的軸承，齒輪箱，聯軸器，葉輪，電機等部件的缺陷，同時在轉機軸承故障早期，經過人為干預改良轉機設備的潤滑環境延長設備使用壽命，當轉機運行工況惡化時，及時推送預警通知單進行針對性的設備檢修，提高設備的檢修效率。在日常管理中采用單一設備趨勢跟蹤，同類設備對比分析的方法，以精密點檢月報形式對運行設備的健康水平的進行分級評估，各專業在機組的大小修中對問題、缺陷設備開展檢查、檢修。

2 故障設備概況及相關技術改造

#1機組#2一次風驅動電機為湘潭電機股份公司制造，型號為YFKK450-4W，額定功率710kW，輸入電壓6000V，輸入電流82.5A，額定轉速1475rpm，臥式安裝，絕緣等級為“F”，基礎形式為剛性基礎，潤滑方式為脂潤滑潤，滑油牌號為7008航空潤滑脂，風機為成都電力機械廠制造，型號為G6-45-13NO11.5F，流量范圍為49284～70380m3/h，全壓為 13002～10448Pa，工作介質為空氣，額定轉速為1480rpm，結構型式為單吸雙支撐離心式，支撐型式為雙支撐式，基礎形式為剛性基礎潤滑方式為稀油潤滑，潤滑油牌號為#46抗磨液壓油，電機自由端軸承型號：NU224，驅動端軸承型號：NU226，6226，根據上述設備信息在振動頻譜分析儀中完成設備數據庫建模。該一次風機在節能改造后由工頻運行方式改為變頻運行方式，空預器出口熱一次風壓由入口擋板調節改為風機變頻調節。

3 一次風機電機軸承故障發展及特征分析

3.1 軸承正常階段工況描述

一次風機電機電機驅動端軸承正常工作狀態下，超聲動態時域波形圖顯示軸承工作平穩，靜態分析中的“RMS”，峰值因素“CrestFactor”數值較小。振動頻譜分析及振動通頻值均表明電機前、后軸承振動運行工況良好。

3.2 軸承故障發展第一階段

通過超聲波動態分析發現該階段電機驅動端軸承時域波形圖中存在不規則沖擊，靜態分析中的“RMS”，“CrestFactor”數值出現明顯上升。振動頻譜分析發現解調譜“D譜”中軸承內圈故障頻率7.7X及其故障頻率的諧頻出現并伴有1X的速度邊頻帶，內圈故障頻率對應的幅值不高，解調波形“DW譜”顯示振動沖擊值略微上升。綜合超聲分析及振動頻譜分析得出結論：軸承存在早期的輕微磨損。

3.3 軸承故障發展第二階段

超聲波動態分析發現該階段時域波形圖中不規則沖擊的頻率加劇，同時幅值出現升高，靜態分析中的“RMS”，“CrestFactor”數值略微上升。振動頻譜分析中出現解調譜“D譜”中對數譜中出現軸承保持架故障頻率0.42X并伴有較多諧頻出現。綜合超聲分析及振動分析認為軸承磨損加劇。通知專業進行油脂更換，改良軸承潤滑環境。

3.4 軸承故障發展第三階段

超聲波動態分析中該階段時域波形圖中不規則沖擊的頻率加劇明顯，同時沖擊幅值上升較快，靜態分析中的“RMS”，“CrestFactor”數值出現大幅躍升。振動分析發現解調譜“D譜”中線性譜中水平方向的1X幅值最大值為3.49g。綜合超聲分析及振動分析得出結論：電機驅動端軸承中度磨損。通知運行DCS監盤人員及專業人員密切關注軸承溫度及電機電流等參數的變化。

3.5 軸承故障發展第四階段

超聲波動態分析表明該階段電機驅動端軸承時域波形圖中的不規則沖擊轉變成周期為0.0319s的規律性沖擊，電機周圍伴隨有異常響聲。振動分析發現解調譜“D譜”中線性譜水平方向的1X、2X幅值大幅躍升，最大值為17.97g，解調波形“DW”中振動沖擊值高達131.95g。電機驅動端軸承劣化嚴重，軸承重度磨損，通過下達設備預警通知單，要求電氣專業停止風機電機運行進行解體檢修。

3.6 一次風機電機軸承電腐蝕原因分析和解決方案

一次風機電機軸承解體后發現，電機前、后軸承均出現較嚴重的電腐蝕，滾柱體、深溝球軸承內、外圈均存在凹凸不平的灰黑色斑痕，滾柱、滾珠表面也呈現為灰黑色，軸承保持架磨損嚴重并垮塌，軸承游隙過大。電機尾軸的風扇葉輪由于振動大出現松動，導致前面第四階段超聲分析中的出現規則性沖擊。

該電機在變頻改造后，電機端電壓高次諧波分量大幅增加，電源三相輸出電壓的矢量和不為零，產生零序電壓分量（共模電壓），通過定子鐵芯和定子線圈之間的雜散電容，在定子鐵芯上產生電位，轉子是通過聯軸器和風機相連并可靠接地，這樣定子鐵芯的電位和轉子電位就有差異形成電位差即軸電壓，使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，于是在軸承內表面上燒出小凹坑從而造成軸承電腐蝕。原因查明后，電氣專業提出通過更換電機前后軸為絕緣軸承或電機軸頸上安裝碳刷并可靠接地將軸電流導入大地兩種解決方案。

4 結語

在對轉機設備進行健康工況評估時，要綜合超聲檢測和振動頻譜分析等技術手段，相互驗證，在長期的數據監測條件下建立單一設備的趨勢跟蹤和同類設備的對比分析，不能用一種恒定不變的標準去判定不同類型，不同廠家的設備而忽視設備的差異化，在設備缺陷的查找和處理時一定要對癥下藥，做到標本兼治。