中小型異步電動機轉子轉軸彎曲處理方案

樂勇豪

(鎮海石化建安工程有限公司，浙江寧波 315207)

0 引言

異步電動機轉子是電動機的核心部件之一，主要由轉子繞組(包括鼠籠條等)、轉子鐵心、轉子轉軸三大部分組成。其中轉子繞組和轉子鐵心的作用為增強磁路電磁力。轉子轉軸的作用是傳遞轉矩，實現電能與機械能的轉換。轉子轉軸一般由中碳鋼或合金鋼通過熱處理后加工而成。電動機轉子轉軸彎曲一般在軸伸端和風葉端，軸伸(軸頭)端一般為負荷端，故障率最高，軸頭最容易彎曲。轉子結構外形圖見圖1。

圖1 轉子外形圖

1 轉子轉軸彎曲的危害

電動機在運行中，如果發生轉軸彎曲，就會使電動機振動增大，引起的后果：使聯軸器損壞；使軸承磨損加劇，甚至引起軸承故障；使電機繞組松動，繞組絕緣壽命降低，甚至造成繞組絕緣擊穿；使電機附件振壞。

轉軸彎曲嚴重時還會引起電機轉子與定子鐵心相互摩擦(掃膛)，嚴重時造成線圈燒毀。發生轉軸彎曲，還會使軸承跑外套，端蓋磨損，嚴重時造成端蓋開裂報廢。電動機日常運行中轉軸彎曲危害重大，如何處理好電動機轉軸彎曲這一故障，是保證電動機平穩運行的一項關鍵因數。以某石化廠為例，平均每年都會在電動機檢修過程中發現幾十例轉軸彎曲的故障事例，小至0.25 kW的加藥泵、計量泵電機，大到500 kW、600 kW的高壓電機，其中軸頭單側受徑向力嚴重的空冷電機，長期機械疲勞損傷(插入式聯接、泵與電機為同軸)的電機最為常見。2019年7月，某石化廠常減壓裝置P118A(280 kW 6 000 V)高壓電機在運行中垂直振動從2.8 mm/s增大到4.0 mm/s，觀察半天后又增大到7.1 mm/s，立即停機檢修，發現負荷端軸頭跳動達0.15 mm且前軸承檔磨損嚴重。原因分析為電機長周期滿負荷運行，機械疲勞損傷所致。隨后對電機轉軸彎曲進行校正處理，處理后電機投入運行，各項指標正常，電動機振動≤2.2 mm/s。

2 原因分析

電動機轉子轉軸彎曲原因有多種，有設計制造、加工精度方面的原因。如檢查發現2019年5月國內某廠剛出品的一臺中心高450 mm三相異步電機負荷端軸頭跳動達0.11 mm，出廠時軸頭跳動就已超標。有使用方面的原因：電機過負荷運行，長期振動超標運行，長期軸頭單側受徑向力嚴重(皮帶聯接)，長期機械疲勞損傷(插入式聯接、泵與電機為同軸)。也有檢修裝配、日常維護不當的原因：裝配不當、裝配不到位、軸承維護不當。上述這些原因都會引起轉軸彎曲。

排除廠家設計制造和加工精度的原因。在日常工作中如何發現電動機轉軸彎曲，進行修復處理，防止因轉軸彎曲造成電動機故障，主要有以下三個措施：

(1) 電動機運行中，關注振動是否變大、聲音是否有異常。如振動變大超標、聲音異常，就要停機檢查，其中軸頭跳動也是重點檢查項之一。

(2) 電機檢修前、檢修中對軸頭進行徑向跳動測量，是否符合標準。

(3) 如軸頭跳動超過標準，須制定修復方案(視彎曲量制定不同方案)。

電動機軸頭跳動行業標準JB/T 10391—2002《Y系列三相異步電動機》中軸伸長度一半處的徑向圓跳動公差應符合下表的規定，徑向圓跳動公差表見表1。

表1 徑向圓跳動公差表 單位：mm

3 90 kW以上電動機幾種常見的轉軸彎曲處理方案

(1) 熱校正法。此法一般適合校正軸頭彎曲量較小、軸徑較細(跳動<0.10 mm、軸徑<φ80 mm)的轉軸。具體操作步驟為：在車床或磨床上通過百分表打表找到軸頭彎曲的部位，彎頭向上(軸頭彎曲部分朝上)，用氣焊或丁烷噴燈在彎曲部位均勻加熱，同時用百分表監測軸頭彎曲尺寸；隨著溫度的上升，軸膨脹，等加熱到一定溫度(不超過500 ℃)時，軸頭彎曲量變小，此時停止加熱，并用濕布快速覆蓋纏繞到轉軸加熱部位，再用干冰制成的冰袋迅速覆蓋到濕布上給轉軸加熱部位快速降溫、塑形。一次未能校直，可多次重復進行。需要注意的是加熱溫度要控制好，不能超過500 ℃。

(2) 噴涂、機械加工校正法。此法一般適合校正軸頭彎曲量較大(跳動<1.0 mm)的轉軸。具體操作步驟為：在車床上找到彎曲的部位，在轉軸開始彎曲的部位整體對彎曲部分進行噴涂或激光熔覆，厚度一般要超過彎曲量的2.5倍。噴涂或激光熔覆完成后再對轉軸進行車床、磨床的精加工，使轉軸的軸頭跳動符合標準，動平衡檢驗合格。

(3) 接軸校正法。此法適用于電機非負荷端轉軸彎曲，適合校正轉軸彎曲量非常大(跳動<30 mm)的轉軸。具體操作步驟為：在車床上找到彎曲的部位，把轉軸開始彎曲的部位鋸掉，在留下的軸斷面上鉆一個凹型階梯孔。

重新找一根毛胚軸(比鋸掉的那段軸略長略粗)，把毛胚軸的一端加工成凸型階梯狀。

凸型階梯與凹型階梯為過盈配合，過盈量不大于0.05 mm。把凹型階梯斷軸進行加熱，熱套在凸型階梯軸上。凹、凸型階梯軸配合圖見圖2。

圖2 凹、凸型階梯軸配合圖

再對結合面進行焊接處理。在焊接前，把整根轉軸用烘箱預熱到200 ℃左右，再進行焊接，焊接完以后，用防火布將整根轉軸包裹嚴實，防止它冷卻過快，直至轉軸自然冷卻到常溫，經著色、探傷合格后，初步接軸完成。下一步，再對接上去的毛胚軸那段進行車床、磨床的精加工，對整根軸進行尺寸復核，使轉軸的軸頭跳動符合標準，動平衡檢驗合格。2019年2月，某化工廠油品車間B364(560 kW 6 000 V)一臺高壓電機后風葉端軸承故障。經查電機從風葉端軸承檔開始彎曲，軸頭跳動達到25 mm，用接軸法進行處理，修復后的電機運行數據良好。接軸實例圖見圖3～圖5。

圖3 凹、凸型階梯軸配合實例圖

圖4 轉軸結合面焊接實例圖

圖5 接軸部分精加工實例圖

(4)更換轉軸。轉軸嚴重彎曲、開裂、磨損情況下需更換轉軸。具體操作步驟為把故障轉軸用油壓機從轉子鐵心中壓出并測繪好尺寸，新軸按尺寸加工好后壓入轉子鐵心內，再連同轉子一起上機床精加工。對整根軸進行尺寸復核，軸頭跳動符合標準，動平衡檢驗合格。2019年3月份，某化工廠常減壓裝置P103A電機負荷端軸承故障。經查，電機從前軸承檔開始彎曲，軸頭跳動達到15 mm，更換轉軸并加工后電機運行數據良好。一般高壓電機更換轉軸后，為檢驗電機運行工況及軸功率，需做對拖型式試驗。對拖型式試驗實例圖見圖6。

圖6 對拖型式試驗實例圖

以上四種為常見的轉軸彎曲處理方案。第一種熱校正法，校正量微小，對作業人員技術要求較高，溫度的掌握尤為重要。第二種噴涂、機械加工校正法最為常用，其加工處理時間短，軸功率保持不變，處理成本也較低，但校正量不大。第三種接軸校正法，適用于非負荷端，加工時間較長，軸功率會有下降，但對于故障大的轉軸，處理成本相對較低。第四種更換轉軸法，處理成本較大，加工處理時間較長，適用于故障大的轉軸處理，其中高壓電機必須做對拖型式試驗。

4 結論

在日常電動機運行或檢修中，要重視轉軸彎曲，要加強轉軸彎曲的檢查，有效避免設備事故的發生，讓轉軸彎曲、軸頭跳動超標得到及時修復。在滿足檢修時間、質量、費用的情況下，選擇好合適的修復方案，轉軸處理后基本不會影響原電機的使用性能。近兩年，在某石化廠，我們通過不同的修復方法成功處理了60余臺電動機轉軸彎曲故障，保證了裝置電動機能及時恢復正常運行，提高了設備運行的安全可靠性和經濟性。