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電機轉子軸向竄動故障原因分析

發(fā)布時間：2022-12-01

自高壓水泵電機投入使用以來，陸續(xù)出現電機前端軸瓦溫度升高現象，Z高達72℃，并有繼續(xù)升高的趨勢。軸瓦溫度已經大大超過了熱工一級報警值（70℃）和二級報警值（75℃），二級報警跳閘停機，嚴重威脅到高壓除鱗泵電機及高壓變頻器的安全運行，因而必須停泵進行檢查處理。檢查發(fā)現電機負荷端瓦型軸承推力面出現磨損及塊狀脫落的鎢金耐磨層，原裝鎢金瓦型軸承報廢已不能繼續(xù)使用。于是重新更換一套軸瓦，并投入使用。但使用半個月后檢查電機前端軸瓦時發(fā)現，新軸瓦推力面烏金雖然磨損相對較輕，但是推力面已經出現明顯的龜裂，龜裂位置與先前損壞的瓦型軸承損壞位置相同，只是損壞程度相對較小。對電機軸瓦重新處理后繼續(xù)安裝使用，但在此后運行過程中，當高壓泵連續(xù)高速運轉，電機會發(fā)出明顯的撞擊異響，而且電機軸承溫度立即升高，只能被迫降速或停機檢查，嚴重擾亂中厚板生產線的正常生產，也給中板高壓除磷泵及電機的安全運行帶來極大的威脅。

1、原因分析

停泵揭瓦檢查，發(fā)現高壓泵電機前軸瓦外側（靠高壓泵一側）磨損嚴重，外側圓周面烏金顏色發(fā)黑并有脫胎現象，電機轉子擋肩粘有融化的烏金（如圖1所示）。這些現象證實，軸瓦溫度不斷升高是由于電機轉子向電機側方向竄動，致使電機轉子擋肩與軸瓦外側烏金動靜接觸摩擦引起的。具體導致電機轉子嚴重竄動的軸向推力的產生原因分析如下。

1.1　機械中心與磁場中心不一致

電動機在運行時，其轉子將定位于磁場中心，而轉子主軸與兩軸承間有一個機械中心（即電機轉子兩端軸間與軸承間間距相等的位置）。這2個中心可能存在不一致，安裝時如果以機械中心為基準來調整個軸的軸向間距，當電機啟動后，轉子將自動定位于磁場中心，電機軸的軸向竄動，將破壞原安裝時調整好的軸向間距。當這個偏差不大時，對于齒輪式聯(lián)軸器，可以由內外齒輪套的預留軸向間隙補償；如果超過了聯(lián)軸器預留軸向間隙時，則聯(lián)軸器及被傳動軸將受到一個軸向外加力，造成部件的端面摩擦，產生發(fā)熱等有害影響。

1.2　轉動軸系按聯(lián)軸器找中心時出現偏差

軸在軸承中不對中的偏差會對軸承增加很大的附加力矩，由于電機轉子能在一定范圍內沿軸向來回游動，軸系中心不正時，聯(lián)軸器會產生固定方向的軸向分力，使轉子在軸向分力的作用下克服磁場方向一側推動，導致電機轉子擋肩與軸承外側烏金動靜摩擦。如圖2所示。

1.3　電機轉子兩端的揚度不符合要求

電機轉子兩端軸頸揚度不合理，會引起電機轉子在自身重力軸向分力的作用下克服磁場力向揚度小的一端滑動。因此，電機兩端揚度合理是消除軸向分力的關鍵。

1.4　高壓電機軸瓦軸承的定位游隙設計太小

高壓電機負荷端軸擋肩定位間距為100.4ｍｍ，而軸瓦外距為100ｍｍ。也就是說，電機轉子軸擋肩對軸瓦的定位游移量只有0.2ｍｍ，對于高壓泵的高壓高速電機來說，電機的安裝和磁力中心線誤差量基本在0.2ｍｍ以上，因此0.2ｍｍ的游移量不能滿足高壓電機高低速運行時的電機轉子竄動。負荷端軸瓦游移量如表1所示。

1.5　高壓電機磁力中心線位置標定和實際不符合

電機原設計磁力中心線位置為178ｍｍ，而電機在空載狀態(tài)下靜止時的磁力中心線測量值為176ｍｍ，電機升速后和自由停車后的磁力中心線的位置均為176ｍｍ，說明電機原設計標定的磁力中心線位置和實際有一定的偏差。

1.6　高壓泵內部渦流產生水力擾動作用力

高壓泵在高速大流量運行時，高壓泵內部水流渦動產生的水力擾動作用力，會使高壓泵產生軸向竄動。但從高壓泵、聯(lián)軸器、電機之間的連接和結構可知，高壓泵的軸向推力對電機轉子有一定的推動力，但對轉子的穩(wěn)定性影響不大。

2、解決方案

⑴根據調整前的有關數據，對軸系中心和電機揚度重新調整。在調整轉子軸系中心時重點考慮電機轉子揚度情況，在其兩端揚度合理、一致的情況下分別修正耦合器轉子與電機軸的中心，電機轉子與高壓泵的中心。調整電機兩端軸承座的墊片后，中心情況如圖3所示。

⑵移動定子使其?力中心與轉子磁力中心線重合，移動量與測量后的竄動量基本相等。在工程實際中，移動定子時，先卸掉電機定子端蓋及定子固定螺栓和定位銷，然后用兩臺力量合適的千斤頂在定子端面同時頂動，為了監(jiān)視移動量及頂動時定子是否有傾斜移動，還應在定子移動方向及兩側光滑面打上百分表。根據此電機原設計178ｍｍ磁力中心線位置及電機轉子竄動方向，將電機定子向高壓泵方向移動2，消除原設計及實際誤差，使高壓電機磁力中心線位置真正達到176ｍｍ。

⑶加工電機轉于軸承擋，增加軸瓦兩側游隙。加工電機轉子軸承擋肩，將電機轉子抽出來，將軸伸端軸承擋寬度尺寸由100.4ｍｍ加工到110ｍｍ，這樣，和前面介紹的方法相結合并做適當的調整后?電機運行時可使軸瓦兩側到軸擋肩的間隙為5ｍｍ，增加了軸瓦兩側的游隙，避免了軸擋肩與軸瓦側面動靜相擦的故障。加工后的軸瓦游移量如表2所示。

另外，可以類比將電機軸伸端軸瓦寬度由原來的100ｍｍ改為90ｍｍ，使軸瓦兩側的間隙變?yōu)?.2ｍｍ，同理也可以增加軸瓦兩側的游隙，達到預期目的。但軸瓦兩側巴氏合金厚度一般為3ｍｍ，車削5ｍｍ后必然將軸承兩側的烏金面徹底削掉，此方法容易引起電機軸承溫度過高的現象。因此，軸瓦車削后必須重新澆注巴氏合金并加工，費時費力，且不利于后期設備的維護。

3、結語

⑴對于采用齒輪式聯(lián)軸器連接的高壓泵電機轉子，如果出現電機轉子軸向竄動現象，應首先考慮高壓電機轉子兩端的揚度和軸系中心問題。

⑵處理高壓電機轉子軸擋肩與軸瓦軸承游隙問題，應根據電機轉速及高壓泵特性調整負荷端軸瓦游隙，避免造成轉子軸擋肩與軸承動靜接觸、碰磨引起軸瓦溫度升高及發(fā)出撞擊的缺陷。

⑶通過上述高壓泵電機轉子軸向竄動原因分析，對中板高壓泵高壓電機進行磁力中心調整、轉子軸承擋重新加工，Z后進行軸系的找正，徹底解決了中板高壓泵電機轉子竄動及電機異常振動、溫升問題，避免了電機因滑動軸承損壞導致電機掃膛燒壞的可能后果。

（來源：振動診斷與轉子平衡）