風(fēng)機電機軸承發(fā)熱原因分析和應(yīng)對措施 鑫風(fēng)風(fēng)機
加熱爐鼓風(fēng)機電機由變頻器驅(qū)動,運行中遇到負(fù)荷端軸承發(fā)熱的問題。兩臺鼓風(fēng)機電機在工作半年以內(nèi)都出現(xiàn)電機負(fù)荷端軸承嚴(yán)重發(fā)熱的現(xiàn)象,軸承內(nèi)潤滑脂熔化,很短時間后軸承抱死,電機堵轉(zhuǎn)跳閘,致使加熱爐停爐,給生產(chǎn)造成很大影響。將電機退下后檢查,發(fā)現(xiàn)軸承盒內(nèi)已無潤滑脂,軸承發(fā)熱變黑,內(nèi)外套上有搓衣板樣的條形燒蝕條紋。根據(jù)這些情況我們判斷軸承電流是電機負(fù)荷端軸承發(fā)熱的主要原因。
1 軸承電流產(chǎn)生原因及危害
在感應(yīng)電動機中,電機的軸承電流是始終存在的。正弦波電源驅(qū)動下,因電機定轉(zhuǎn)子齒槽尺寸的偏差,磁性材料定向?qū)傩缘母淖儯蛘吖╇婋娫慈嗖黄胶獾仍?,都會引起電機磁通的不平衡,在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生軸電壓和軸承電流。這種軸承電壓幅值較小,危害不大。在變頻器驅(qū)動下,因產(chǎn)生原理的不同,電機軸承電流的危害大大增加。通用變頻器多采用PWM調(diào)制方式,逆變回路用高頻功率元件(如IGBT等),在電機上得到近似正弦的電壓波形。三相電壓基波分量的合成矢量為零,但實際上每一瞬間三相電壓矢量和不為零,三相電壓是不平衡的。該合成共模電壓幅值等于變頻器直流側(cè)電壓,頻率等于逆變器開關(guān)頻率。該共模電壓經(jīng)定轉(zhuǎn)子之間的靜電電容耦合在轉(zhuǎn)子軸上也產(chǎn)生相同頻率的軸電壓,通常變頻器逆變側(cè)載波頻率很高,在10kHz以上,過高的頻率和定子、電纜相感應(yīng),產(chǎn)生很高的dv/dt前后沿,加大波形畸變。由于靜電耦合,電機各部分之間有大小不等的分布電容,構(gòu)成電機的零序回路,其中流經(jīng)軸承的對地放電就形成軸承電流。正常狀態(tài)下,軸承滾珠懸浮在潤滑脂形成的油膜中,潤滑油膜起到絕緣作用,當(dāng)油膜因某種原因被破壞或過高的dv/dt軸承電壓都會擊穿油膜形成放電,放電電流在軸承內(nèi)外圈和滾珠上形成燒蝕,長時間運行會發(fā)展成延軸承內(nèi)外圈一周的象搓衣板樣的條紋,并升高軸承溫度,溶化潤滑脂,更加劣化軸承的運行。
2 共模電流的路徑
由于靜電耦合,電機各部分間都有或大或小的分布電容,構(gòu)成電機定子上共模電流的泄放路徑。大部分共模電流經(jīng)定子—機殼—地—變頻器外殼這一路徑,一小部分經(jīng)定子—轉(zhuǎn)子—轉(zhuǎn)軸—軸承—機殼—地—變頻器外殼這一路徑。當(dāng)變頻器接地與電機外殼間阻抗高于變頻器外殼與負(fù)載間阻抗時還會產(chǎn)生軸延伸電流,經(jīng)定子—機殼—轉(zhuǎn)軸—負(fù)荷端軸承(電機)—聯(lián)軸器—軸承(負(fù)載)—地—變頻器外殼這一回路泄放,不但危害電機負(fù)荷端軸承,還會危害負(fù)載軸承和聯(lián)軸器。后兩路共模電流流經(jīng)電機軸承,造成危害并以第二種途徑危害更大。
3 常見的軸承電流抑制措施
有多種方法抑制軸承電流,如在變頻器輸出側(cè)加裝正弦波濾波器,改善輸出電流波形;將電機一端的軸承做絕緣處理,截斷流經(jīng)電機轉(zhuǎn)軸和軸承的環(huán)流;在電機輸出軸上安裝接地碳刷,抑制經(jīng)負(fù)荷接地的軸延伸電流等等。這多種方式能抑制相應(yīng)的。
4 風(fēng)機負(fù)荷端軸承損壞過程分
基于以上的軸承電流形成原理,并結(jié)合電機的運行情況,我們分析負(fù)荷端軸承的損壞失效是一個過程,軸承電流是主要原因,同時機械震動、潤滑脂消耗等是次要原因,促成軸承電流的形成,并一定程度上加重了危害。風(fēng)機電機投用后,由于軸承間隙均勻,潤滑充分,潤滑油膜均勻,軸承電流還不構(gòu)成很大威脅,隨著潤滑脂的消耗,負(fù)荷端的震動加大首先導(dǎo)致負(fù)荷端軸承間隙加大,軸承電壓擊穿放電嚴(yán)重,軸承電流增大,使得負(fù)荷端軸承內(nèi)道出現(xiàn)電燒蝕,溫度升高,潤滑脂液化,直到軸承磨損嚴(yán)重,發(fā)熱燒損。所以,我們認(rèn)為應(yīng)采用綜合治理,以多種方法減少和抑制軸承電流。而絕緣軸承等方法由于實施難度較大暫不考慮。
5 應(yīng)對措施及實際效果
我們采取了以下措施,減少軸承發(fā)熱燒損電機的現(xiàn)象。
(1)對電機和負(fù)荷重新找正,澆注電機安裝平臺基礎(chǔ),加大地腳板厚度,提高電機地腳的剛度,減少運行時的震動;
(2)在電機負(fù)荷端軸承上使用在線注脂設(shè)備(易力潤Easylube),該設(shè)備可用螺絲固定在負(fù)荷端軸承的注脂孔上。它采用鋰電池供電,用微電腦芯片和專用檢測設(shè)備控制內(nèi)部的馬達(dá),經(jīng)齒輪組驅(qū)動螺桿及壓板,推擠活塞,按設(shè)定的周期,將油杯內(nèi)潤滑脂分配到每天,定時定量的注入軸承內(nèi),很好的改善潤滑。據(jù)實測,同樣條件下,使用在線注脂后,負(fù)荷端軸承溫度下降了7℃。我們還根據(jù)電機軸承潤滑脂的消耗情況,設(shè)定不同的周期:新電機,新軸承,環(huán)境溫度不高就設(shè)定周期長些;電機已長期運行,軸承磨損或環(huán)境溫度較高的設(shè)定周期短些。這樣靈活使用,可有效的保證軸承有充足的潤滑,避免潤滑脂消耗后形成惡性循環(huán);
(3)將電機外殼和負(fù)荷機械設(shè)備用10mm2以上銅電纜相連后接地,使之與變頻器外殼和經(jīng)接地線相接,三者在相等的電位上。這樣,可有效減少流經(jīng)電機定子-機殼-電機負(fù)荷端軸承-轉(zhuǎn)軸-負(fù)載側(cè)軸承-地這一回路的軸延伸電流,減少負(fù)荷端軸承發(fā)熱;
(4)在變頻器輸出側(cè)加裝dv/dt濾波器,減少變頻器輸出電流中的波形畸變,提高電機和電纜的壽命,降低dv/dt尖峰電壓,減少軸承的dv/dt尖峰電壓擊穿,從而抑制軸承電流的產(chǎn)生;
(5)縮短電機軸承維護周期,每運行滿4000小時(約6個月),退下電機,解體后檢查軸承磨損情況,能使用的經(jīng)徹底清洗注脂后使用,磨損嚴(yán)重的及時更換。
6 結(jié)語
經(jīng)綜合施行以上措施,電機運行平穩(wěn)、潤滑充分,電機軸承溫升控制在可接受的范圍,軸承發(fā)熱導(dǎo)致電機跳閘的設(shè)備故障不再出現(xiàn),給加熱爐的生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。
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