摘 要：通過對(duì)兩起電動(dòng)機(jī)軸承電腐蝕根源的分析，采取相對(duì)應(yīng)的防范措施，從而減少軸電流對(duì)軸承的損傷，提升電動(dòng)機(jī)維護(hù)質(zhì)量，降低電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：軸電壓;軸電流;軸承電腐蝕;逆變供電

0? ? 引言

某污水處理廠2009年新建兩套甲乙酮裝置，開工一個(gè)月后進(jìn)料泵P2101A電動(dòng)機(jī)運(yùn)行聲音異常，檢修更換軸承。一個(gè)月后又出現(xiàn)異常聲音，檢修更換軸承。再經(jīng)過一個(gè)月后，再次出現(xiàn)聲音異常，更換絕緣軸承。之后，截至2021年1月27日，共計(jì)檢修更換絕緣軸承4次，每三年計(jì)劃?rùn)z修一次（電機(jī)參數(shù)：YBP355L2-2WG，315 kW，380 V，2008年10月;運(yùn)行方式：變頻運(yùn)行）。

2019年12月26日，該污水處理廠生活污水5#泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行聲音異常，查看檢修記錄后得知已到檢修周期，檢修更換軸承。2020年1月7日，該電動(dòng)機(jī)運(yùn)行聲音異常，經(jīng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)軸承故障;2020年1月8日進(jìn)行解體檢修，分析原因，更換軸承，軸伸端加裝碳刷。2020年1月23日檢修完畢，投入運(yùn)行。截至2021年2月23日，該電動(dòng)機(jī)修后運(yùn)行396天，運(yùn)行狀態(tài)良好（電機(jī)參數(shù)：YB2-315L1-4，160 kW，380 V，2006年7月;運(yùn)行方式：2006—2019年10月為工頻運(yùn)行，2019年11月之后為變頻運(yùn)行）。

1? ? 軸承電腐蝕故障類型的判定

故障軸承癥狀如圖1所示，與昂特（北京）科技有限公司軸承故障癥狀圖庫(kù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)該軸承故障癥狀與電腐蝕癥狀（圖2）相同，可以斷定軸承癥狀為電腐蝕[1]。

將圖1與《電機(jī)軸承產(chǎn)生電蝕損傷的機(jī)理》中振動(dòng)和微剝落引起的內(nèi)圈波紋槽圖（圖3）進(jìn)行比較，可以進(jìn)一步將癥狀細(xì)化為電腐蝕引起的振動(dòng)和微剝落造成軸承內(nèi)圈波紋槽[2]。

2? ? 故障根源分析

2.1? ? 理論依據(jù)

2.1.1? ? 軸電壓的產(chǎn)生

軸電壓是電動(dòng)機(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓，其產(chǎn)生原因一般有以下幾種：

（1）磁不平衡產(chǎn)生軸電壓。電動(dòng)機(jī)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，因而在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在轉(zhuǎn)軸的周圍有交變磁通切割轉(zhuǎn)軸，會(huì)在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

（2）逆變供電產(chǎn)生軸電壓。電動(dòng)機(jī)采用逆變供電運(yùn)行時(shí)，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)軸之間會(huì)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）靜電感應(yīng)產(chǎn)生軸電壓。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)軸的兩端會(huì)感應(yīng)出軸電壓。

（4）外部電源的介入產(chǎn)生軸電壓。由于運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)接線比較繁雜，尤其是大電機(jī)保護(hù)、測(cè)量元件接線較多，只要有一根帶電線頭搭接在轉(zhuǎn)軸上，便會(huì)產(chǎn)生軸電壓。

2.1.2? ? 軸電流的產(chǎn)生

隨著靜電荷的逐步積累，軸電壓建立起來后，一旦在轉(zhuǎn)軸及機(jī)座、殼體間形成通路，就會(huì)產(chǎn)生軸電流。

2.2? ? 故障根源分析

依據(jù)理論結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，兩案例共同點(diǎn)是發(fā)生軸承電腐蝕時(shí)均處于變頻運(yùn)行模式，同時(shí)兩臺(tái)電機(jī)均為非變頻電機(jī)。變頻器逆變后供電電壓存在較高次諧波分量，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)生了電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生變化，從而產(chǎn)生高頻軸電流。同時(shí)，非變頻電機(jī)在制造時(shí)對(duì)于其定子、轉(zhuǎn)子沿鐵芯圓周方向的磁阻均度要求不高，會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸交鏈的磁通，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于交變磁通、靜電荷積累以及電機(jī)制造中產(chǎn)生的不對(duì)稱等因素，導(dǎo)致低頻軸電流出現(xiàn)。

這些軸電流經(jīng)過軸承滾動(dòng)體、滾道、殼體到接地網(wǎng)形成回路，進(jìn)行釋放。軸承滾動(dòng)體與滾道在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于潤(rùn)滑脂的存在而處于似接非接的狀態(tài)，這種狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致漏電或電容放電。在漏電和電容放電過程中，對(duì)軸承滾動(dòng)體造成了微剝落，對(duì)滾道造成了具有搓衣板外觀的內(nèi)圈波紋槽。不論是滾動(dòng)體的微剝落還是滾道內(nèi)圈波紋槽，都直接影響電機(jī)的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響裝置生產(chǎn)。

3? ? 軸電流的防范措施

針對(duì)軸電流形成的原因，一般來說會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)采用如下防范措施：

3.1? ? 疏通電流回路

在軸伸端端蓋處安裝接地碳刷，碳刷面與轉(zhuǎn)軸圓周面接觸，碳刷引線與電機(jī)殼體連接，使軸電流通過轉(zhuǎn)軸、碳刷、殼體、接地網(wǎng)形成電流回路，釋放電流，降低軸電位。該回路對(duì)軸承形成旁路，基本避免了對(duì)軸承的電腐蝕。

3.2? ? 隔斷電流回路

為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生軸電流，對(duì)軸承座與定子分離的電機(jī)可采取在軸承座和軸承支架處加裝絕緣隔板的方式，以切斷軸電流的回路;對(duì)軸承座與定子一體的電機(jī)可采取使用絕緣軸承的方式，以切斷軸電流的回路。

絕緣軸承就是在外圈外徑面或內(nèi)圈內(nèi)徑面增加陶瓷涂層，或使用陶瓷材料加工滾動(dòng)體，如圖4所示，該涂層是具有50 MΩ或更大阻值的純絕緣體。絕緣軸承與無涂層的標(biāo)準(zhǔn)軸承具有相同尺寸和公差。依據(jù)軸承的尺寸，外圈外徑面或內(nèi)圈內(nèi)徑面增加陶瓷涂層的成本相比用陶瓷材料加工滾動(dòng)體更經(jīng)濟(jì)一些。陶瓷涂層一般為氧化鋁，厚度為100 μm左右。

在防爆環(huán)境中使用絕緣軸承來隔離軸電流存在一定的問題，在煉化企業(yè)大部分裝置均處于防爆區(qū)域。絕緣軸承僅僅是隔離了電流通過電機(jī)軸承的流經(jīng)途徑，當(dāng)軸電流達(dá)到一定數(shù)值后還是會(huì)通過與其連接的負(fù)載設(shè)備的軸承進(jìn)行放電，造成負(fù)載設(shè)備的損害，也就是說，絕緣軸承在防止軸電流對(duì)電機(jī)軸承造成損傷的同時(shí)，將軸電流的損傷點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了負(fù)載軸承。當(dāng)軸電壓超過一定數(shù)值后，軸電流通過負(fù)載軸承進(jìn)行釋放時(shí)，由于負(fù)載介質(zhì)的易爆性，可能引發(fā)的故障就不僅僅是負(fù)載軸承的損傷，很有可能是介質(zhì)爆炸。因此，使用導(dǎo)電環(huán)在電機(jī)軸承之前就將軸電壓進(jìn)行釋放將是最好的選擇。

導(dǎo)電環(huán)是一種可以將產(chǎn)生于大型電機(jī)及變頻電機(jī)軸上的軸電壓安全引入大地或經(jīng)旁路引出的安全連續(xù)泄放軸電流的新方案。導(dǎo)電環(huán)作為一種安全泄放裝置，它的作用是將軸電流引流及向大地泄放，從而避免軸電流從軸承處流經(jīng)，以保證軸承安全，延長(zhǎng)整個(gè)電機(jī)及其主機(jī)設(shè)備的壽命及安全工作周期[3]。導(dǎo)電環(huán)安裝時(shí)，為保證最佳的保護(hù)效果，機(jī)殼必須接地。若不能保證接地電阻≤4 Ω，則需要同時(shí)在軸伸端和非軸伸端各安裝一個(gè)導(dǎo)電環(huán)。

導(dǎo)電環(huán)采用的單根纖維直徑7 μm，用紫銅管束縛，形成集束導(dǎo)電刷，如圖5所示。

4? ? 結(jié)語

經(jīng)實(shí)踐得知，對(duì)不同故障采取相應(yīng)的處理措施，能極大地降低電機(jī)損耗，減少電機(jī)維護(hù)工作量，并且有效降低電機(jī)故障率，延長(zhǎng)電機(jī)使用周期，節(jié)省設(shè)備資金支出，這一點(diǎn)對(duì)同行業(yè)其他故障維修也有重要的參考意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 昂特（北京）科技有限公司.軸承失效分析[Z]，2018.

[2] 電機(jī)軸承產(chǎn)生電蝕損傷的機(jī)理[EB/OL].（2020-06-14）[2021-03-21].http：//www.zys.com.cn/news/20200616-

141827802.html.

[3] 吳江天龍電子機(jī)械設(shè)備有限公司.導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)品說明書（第5.0.1.3版）[Z]，2020.

收稿日期：2021-03-29

作者簡(jiǎn)介：馬建東（1973—），男，甘肅蘭州人，工程師，研究方向：煉化企業(yè)電動(dòng)機(jī)維護(hù)與檢修。