朱萬(wàn)明 何鷗 秦恒浩 陳稅

摘 要：介紹某公司廠區(qū)環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承報(bào)死的原因，分析軸電流的危害及對(duì)軸承破壞的外在表現(xiàn)，認(rèn)為軸電流是導(dǎo)致其損壞的主因，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)軸電流可能產(chǎn)生的原因及防范的措施，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電機(jī)；軸承報(bào)死；軸電流

1 前言

2018年5月25日，某公司廠區(qū)車間環(huán)水泵正常運(yùn)行中忽然停轉(zhuǎn)，經(jīng)解體檢查分析發(fā)現(xiàn)事故原因?yàn)榄h(huán)水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)（高壓355KW）軸抱死觸發(fā)了過流保護(hù)系統(tǒng)。軸電流燒蝕軸承而發(fā)生抱軸，電機(jī)軸承徹底報(bào)廢。

電機(jī)帶有載流導(dǎo)線和磁性回路結(jié)構(gòu)，通常會(huì)導(dǎo)致軸的磁化或引起脈動(dòng)磁通。脈動(dòng)磁通在軸、軸承和機(jī)殼形成的回路中感生電壓，稱之為軸電壓[1]；于是有軸電流流過回路，軸和滑動(dòng)軸瓦表面、或滾動(dòng)軸承和軸承套表面受到損壞，表象為摩擦和發(fā)熱增加、滾動(dòng)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)性能惡化等[2]。

軸電流的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）在軸承外表面形成電腐蝕。

（2）使軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油電離，破壞油膜形成及穩(wěn)定性，加快潤(rùn)滑油劣化，降低潤(rùn)滑性能及介電強(qiáng)度。

（3）電機(jī)軸承的使用壽命將會(huì)大大縮短。輕微的可運(yùn)行千把小時(shí)，嚴(yán)重的甚至只能運(yùn)行幾小時(shí)或更短的時(shí)間，給現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)帶來(lái)極大的影響。

2 軸電流對(duì)軸承損壞癥狀

軸承的損壞會(huì)使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不正常的噪音，重則使得電機(jī)無(wú)法正常工作。其中軸承損壞主要由3種原因：（1）力學(xué)上的損壞：機(jī)械的振動(dòng)；（2）熱學(xué)上的損壞：過載增加的軸承溫度，從而降低其機(jī)械壽命；（3）電學(xué)上的損壞：軸電流的放電加工使得軸承上產(chǎn)生凹坑降低使用壽命，此為軸承損壞最主要原因，具體表現(xiàn)如下。

2.1 燒熔滑動(dòng)軸承低點(diǎn)合金

軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過，由于該金屬接觸點(diǎn)小，所以這些點(diǎn)的電流密度大，在瞬間產(chǎn)生高溫，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(nèi)表面上燒出小凹坑或軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。

2.2 滾動(dòng)軸承報(bào)死或散架

滾動(dòng)體表面和軸承圈輥道表面因軸電流的燒蝕，輕者發(fā)熱，溫度異常，重者相互抱死或散架觸發(fā)過流保護(hù)停機(jī)，甚至導(dǎo)致燒毀電機(jī)。

3 軸電流產(chǎn)生原因

正常情況下，轉(zhuǎn)軸與軸承間有潤(rùn)滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對(duì)于較低的軸電壓，這層潤(rùn)滑油膜仍能保護(hù)其絕緣性能，不會(huì)產(chǎn)生軸電流。當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，尤其在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油膜還未穩(wěn)定形成，若不采取措施，軸電壓將擊穿油膜而放電，在轉(zhuǎn)軸、軸承座和底板構(gòu)成的回路中產(chǎn)生電流——軸電流[3，4]，從而發(fā)生各類安全事故。可見軸電壓是內(nèi)在因素，分析軸電流的產(chǎn)生關(guān)鍵為正確分析軸電壓的產(chǎn)生原因。

3.1 軸的磁化

（1）電機(jī)中環(huán)繞軸的各種閉合回路。電刷刷架裝置到集電環(huán)、電樞串聯(lián)回路、換向極繞組、補(bǔ)償繞組及各種連線，均有能使軸產(chǎn)生磁化的作用。若各類軸磁化的因素不加以抵消，就會(huì)產(chǎn)生軸磁化的現(xiàn)象。

（2）有的特種電機(jī)凸極轉(zhuǎn)子每間隔一個(gè)磁極設(shè)置一個(gè)勵(lì)磁線圈，這種勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁通不僅通過無(wú)勵(lì)磁線圈相鄰極，也可通過軸、機(jī)殼和定子鐵心構(gòu)成閉合磁回路，導(dǎo)致軸磁化。

（3）轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不同心。零部件制造精度、裝配誤差及其他各種因素，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)和定子不完全同心，造成磁路不對(duì)稱，同樣會(huì)導(dǎo)致軸磁化[5]。

3.2 定子磁軛中由脈動(dòng)磁通所感生的軸電壓

（1）機(jī)座有接縫的電機(jī)。當(dāng)一個(gè)有兩個(gè)接縫機(jī)座和4級(jí)轉(zhuǎn)子的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其定子磁軛中的磁通總和不說任何時(shí)間均為零，其值是脈動(dòng)的。這種脈動(dòng)磁通在“軸-軸承-機(jī)殼”回路中感應(yīng)電壓。

（2）轉(zhuǎn)子支撐偏心。轉(zhuǎn)子支撐偏心也會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)磁通，同樣會(huì)在軸中感生交流電壓。

（3）沖片疊裝等因素。由于扇形沖片、硅鋼片等疊裝因素，再加上鐵芯槽、通風(fēng)孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，在轉(zhuǎn)軸的周圍有交變磁通切割轉(zhuǎn)軸，在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

3.3 逆變供電

電動(dòng)機(jī)采用逆變供電運(yùn)行時(shí)由于電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈沖分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線部分、轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生變化，從而產(chǎn)生軸電壓。

3.4 靜電感應(yīng)

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)周圍有較多的高壓設(shè)備，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，在轉(zhuǎn)軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

3.5 外部電源的介入

由于運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)接線比較繁雜，尤其大電機(jī)保護(hù)、測(cè)量元件接線較多，哪一根帶電線頭搭接在轉(zhuǎn)軸上，便會(huì)產(chǎn)生軸電壓。

3.6 其他原因

靜電荷的積累、測(cè)溫元件絕緣破損等因素都有可能導(dǎo)致軸電壓的產(chǎn)生。

4 軸電流的防范措施

針對(duì)以上分析軸電流的根本成因，一般可在現(xiàn)場(chǎng)采取如下防護(hù)措施。

4.1 軸端安裝接地碳刷

對(duì)于沒有絕緣隔離層的軸承在轉(zhuǎn)軸上加裝接地碳刷，使接地碳刷可靠接地且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位。以此消除軸電流。

4.2 改進(jìn)電機(jī)與逆變器、電機(jī)與負(fù)載間的高頻接地

電機(jī)外殼到逆變器外殼的連接應(yīng)通過線纜的屏蔽層和內(nèi)部的接地導(dǎo)線，電機(jī)的外殼到負(fù)載外殼應(yīng)采用金屬帶。

4.3 加絕緣隔板

為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生的軸電流，可在非軸伸端軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，切斷軸電流的回路。

4.4 將軸承座対地絶縁

此為防止軸電流最常用和較簡(jiǎn)便有效的方法，軸承絕緣的絕緣電阻，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若用500V兆歐表測(cè)量，數(shù)值不應(yīng)低于0.5MΩ，工廠在實(shí)際生產(chǎn)中均應(yīng)控制在1MΩ左右，可借用專門的線路來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)軸承的絕緣狀態(tài)。

4.5 采用非磁性軸承座或附加墊圈

由單極效應(yīng)引起的軸電流主要在軸承與軸頸組成的回路內(nèi)流動(dòng)，采用軸承座絕緣的方法不能阻止其產(chǎn)生。因此，一般避免產(chǎn)生軸向磁通的同時(shí)，還應(yīng)采用非磁性軸承座或附加線圈來(lái)削弱軸向磁通。

4.6 加強(qiáng)絕緣防護(hù)

為了避免其他電動(dòng)機(jī)附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，應(yīng)定期細(xì)致檢查并加強(qiáng)導(dǎo)線或墊片絕緣，以消除不必要的軸電流隱患。

一般通過以上處理，大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的軸電流微乎其微，已對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)不成實(shí)質(zhì)上的危害。此外，電機(jī)生產(chǎn)廠家在加工制造時(shí)應(yīng)提高工藝技術(shù)，保證質(zhì)量；設(shè)計(jì)和制造時(shí)，應(yīng)保證磁路的對(duì)稱性；盡量避免產(chǎn)生軸向磁通。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)軸電流導(dǎo)致的軸承報(bào)死開展相關(guān)研究，分析軸電流的危害、產(chǎn)生原因及防范措施。經(jīng)大量工廠實(shí)踐檢驗(yàn)，本文所分析原因正確，為軸電流故障的解決提供系統(tǒng)思路，防范措施切實(shí)可行，可有效減少事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王崢.直流電動(dòng)機(jī)的軸電流和軸承電流分析[J].上海大中型電機(jī)，2015（4）：15～16+28.

[2] 邰麗娟，趙勇.中大型增安型電動(dòng)機(jī)防止軸電流產(chǎn)生的分析[J].防爆電機(jī)，2002（3）：23～24.

[3] 陳永剛.軸電流引起的電機(jī)軸承溫度高及預(yù)防措施[J].甘肅冶金，2016（4）：102～103+107.

作者簡(jiǎn)介：

朱萬(wàn)明，生于1987年，男，四川資陽(yáng)人，學(xué)士，重鋼西昌礦業(yè)電氣工程師。研究方向：選礦電氣設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化研究；選礦電氣設(shè)備的選型設(shè)計(jì)和調(diào)試研究。