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軸承知識

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雙軸承結構電機溫度異常分析

發布時間:2020-01-24
周明
(華能重慶珞璜發電有限責任公司)
  摘 要:在發電廠中,球柱聯合雙軸承結構的中型電動機使用較為普遍,根據我們對此類電機故障的統計發現,軸承損壞或因為軸承損壞而造成電機故障較多,為此對其軸承發熱的現象進行了詳細分析并提出改進方案。解決了此類電動機軸承的發熱、缺油、壽命低以及運行中突發性損壞的問題,大大減少了檢修費用,為安全運行提供了可靠保障。
  關鍵詞:電動機;軸承;潤滑脂
  1 引言
  某廠2期脫硫4E再循環泵電機前端軸承溫度高頻發,該6KV電機技術規范如下:型號YKK5001-4W,800KW,93.3A,前端軸承:6228、NU228ECJ,后端軸承:NU226ECP,轉速1490rpm。運行過程中溫度逐步上升至跳閘溫度(80攝氏度),在為運行的電機軸承加油后(油脂加注量約50克),發現溫度并沒控制住,并且在70攝氏度左右會有一個溫度躍升的過程。如下圖所示:
  該狀況在電機運行過程中幾乎每幾天一次的頻率出現。針聽軸承聲未有異音或無法分辨,初期懷疑為軸承油量較少,但每次加油后(油脂型號:殼牌RL3)問題無法緩解且出現頻率越來越高。由于該電機處于檢修質保期且判斷電機軸承部有問題,遂決定停機解體。
  2 電機檢查情況
  該電機前端為雙軸承結構,外側為滾柱軸承,靠電機內側為滾珠軸承。分別起著承重與定位之功效。打開前端蓋,發現端蓋和外側滾柱軸承油質看上去有劣化現象,仔細觀察油質并未顯著劣化;但摸上去略干、顏色偏白,這符合高溫下油質變硬或沉淀的特征(圖一)。繼續檢查發現前端頂絲已松動:抓環打掉以后,頂絲直接就轉下來了,根本沒有旋緊。既然如此,外側的滾柱軸承跑外沿,則極有可能。這樣的后果是滾柱軸承的位置會前后移動,加速磨損并發熱。(但本次解體,并未發現該軸承有跑外沿現象)
  不過從圖二、圖三、圖四中可以看出抓環和頂絲的結合部有明顯的摩擦痕跡。





  圖三、抓環正面(與頂絲的背面接觸)圖四、抓環背面(與擋油環接觸)未見摩擦以上幾圖我們初步判斷抓環和頂絲在電機轉動時,由于頂絲松動,造成頂絲和抓環有相對運動,摩擦生熱。此為軸承溫度高的直接原因。
  其次,在如下兩圖中我們還發現一個問題:
  就是說加的新油都還在內油杯蓋的外側,甚至未進入到定位滾珠軸承,而從滾柱軸承上的油質也可以判斷出,并非新油。雙軸承結構電機的兩個并排軸承會相互影響軸承的散熱。而某廠用的殼牌RL3為耐高溫潤滑脂,機械穩定性強,但流動性差,這延長了電機軸承運行溫度的穩定過程。電機冷卻主要靠后風扇冷卻,這樣電機前內側軸承從內端蓋的散熱速度也將延緩。可見油脂在軸承室分布不均衡是造成這次電機軸承溫度持續偏高的次要原因。
  3 解決電機散熱的新思路
  在這里引出一個課題:此類負荷側采用“球柱聯合雙軸承”結構的中型電動機,其特點是增加了負荷側的徑向承載能力,但大部分軸承在運行中的溫度都比較高,使軸承的使用壽命降低而損壞,同時還給檢修帶來了難度。像某廠這樣運行中軸承溫度偏高的現象較普遍(如:3期脫硫6臺氧化風機電機均溫度高、振動大),查閱各類權威資料均分析認為:原因一:所選用軸承的允許轉速接近電機的實際轉速,原因二:雙軸承的結構緊密,散熱性差,是造成軸承發熱、損壞的主要原因。而依據結論給出的改造辦法基本都是:通過對軸承承載能力的計算后,將負載側軸承改為較大的“深溝球”單軸承結構,空載側選用比負荷側小的滾柱軸承---提高軸承允許轉速和保證軸承的承載能力,以此增加其使用壽命。
  經過實際比對,某廠同類型電機并不適用“原因一”的改造方式,因為此類改造牽涉費用頗多,時間長、難度大。我在查閱大量資料和實踐試驗后決定嘗試以“原因二”入手分析從脂潤滑方面來解決軸承的散熱問題。
  軸承溫度是由摩擦、環境溫度、散熱條件等因數決定的;摩擦產生的熱影響最大,在高速、重負荷及環境溫度高時,軸承溫度升高。不同結構的軸承,即使在同一溫度下,也需要不同粘度的潤滑脂。雙軸承結構電機所面臨的散熱難度更大,為此應該注意以下幾個方面:
  3.1計算軸承首次注油量
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  首次注油量:運轉中的軸承若單從潤滑角度考慮,脂潤滑的消耗量是很少的。數據顯示,本電機滾柱面軸承在徑向負荷5KN,轉速1500R/MIN。那么它首次潤滑脂的填充量,可按軸承在潤滑條件下工作轉速n與極限轉速ng之比n/ng來確定。
  n/ng<0.2時,油脂填充量可占軸承空間的2/3;
  0.2<n/ng<0.8時,油脂占軸承的1/3-2/3,
  n/ng>0.8時,油脂占軸承的1/3。
  軸承內部空間V的計算公式:V=Mk(CM3
  M—軸承質量,kg;
  k—軸承空間因數
  通過計算NU228的ng=3000,n/ng=0.5
  6228的ng=3000,n/ng=0.5
  NU226的ng=2400,n/ng=0.6
  由此得知本電機軸承潤滑脂填充量占軸承內部空間的1/3-2/3即可。
  軸承中的潤滑脂不宜過多。多了不但浪費,而且有害。軸承的轉速愈高,危害性愈大。一般認為;密封式滾動軸承的潤滑脂填充量,最多不得超過內部空間的50%左右。Shawki和Mokhtar的試驗表明,滾動軸承以20~30%最為適宜。多軸承聯用,軸承之間的間隙應填滿。當然我們可以在護蓋的空腔里填上較多的潤滑脂,以便造成一個更好的密封狀態,使軸承免受灰塵或潮濕的侵襲。
  3.2潤滑脂的補充周期
  補充潤滑脂的時間:正常運轉條件下,可按軸承孔徑和轉速N大致確定。
  從上圖曲線可以查出本電機軸承補油周期大約為1000小時。
  3.3計算軸承內部定期補充潤滑脂的量
  軸承內部定期補充潤滑脂的量q按以下公式:
  q=0.005DB(g)
  DB為軸承的投影面積(mm2),D軸承外徑(mm),B為軸承寬度(mm)
  查參數計算可得
  后端軸承:NU226=0.005*230*40=46g
  前端軸承:NU228=0.005*250*42=52.5g
  6228=0.005*250*42=52.5g
  由此我們得知后端補油量50g左右,前端補油量105g。因為還要考慮軸承之間的間隙,所以前端補油量應該在200-300g之間。
  3.4注油方式的改進
  運行時可采用聲音聽診或超聲診斷方式。軸承聽診儀與傳統黃油槍配合使用,加注時不斷分辨軸承聲音的變化,隨著軸承潤滑狀態的不斷改善,軸承聲音的高頻成分消失,同時低頻成分的幅值降低,就可輕松知道最合適的加注量是多少。
  4.軸承潤滑脂的選用
  該電機原出廠推薦用油為7008航空油脂,而在某廠用油“統一化、標準化”技改活動中將其改為殼牌RL3通用油脂。
  4.1兩種潤滑脂的比較
  7008航空油脂介紹:系以皂基稠化劑稠化合成油,并加有結構改善劑及抗氧添加劑精制而成的通用航空潤滑脂,并另加有優異的防銹添加劑。作為耐高溫粘性高防銹蝕特性的7008航空油脂有良好的機械安定性和膠體安定性,保證產品能正常粘附在潤滑部位而不會流失。
  殼牌愛萬利RL3潤滑是由高粘度指數礦物基礎油和鋰皂基稠化劑調合而成。適當的基礎油粘度和增稠劑以及良好的機械穩定性,減少軸承之間的摩擦并降低部件之間的磨損程度,減少潤滑油脂變軟流失。
  4.2潤滑脂的重要參數
  這里簡單解釋下錐入度和粘度:
  錐入度,是潤滑脂稠度常用指標和最基本的性能要求。錐入度的測定是將規定質量標準圓錐體在5S鐘之內刺入潤滑脂中的深度叫潤滑脂錐入度。錐入度值越大,潤滑脂越軟,錐入值度越小,潤滑脂越硬。從實際角度看,錐入度是一個與潤滑脂在潤滑部位的保持能力和密封性以及潤滑脂的輸送的重要指標。
  粘度就是油品的內摩擦力,是評價油品流動性最基本指標。簡單說粘度較高的物質,比較不容易流動;而粘度較低的物質,比較容易流動。但滾動軸承選用潤滑劑的最佳粘度是為了延長其壽命。而最佳粘度是負荷分布、運動類型、幾何尺寸、環境條件等參數的函數集。所以在許多應用中,粘度的選擇是通過實驗確定的;并非簡單的流動快慢問題。軸承負荷大,應選用粘度較高的潤滑油,這是選用潤滑脂的一般原則。
  4.3依據分析
  由以上表格數據不難看出7008在錐入度、粘度參數上優于RL3,表格里我們同時還列出了殼牌RL2的對應參數,以此表明殼牌RL2更適合做7008油脂的替代品。
  當然實際情況是RL3整體上是優于7008油脂的,但就油脂流動性和產品性價比做比較的話,選擇更應傾向于7008。除了以上數據外,我們還做了實物比對,RL3油脂看上去更稠密,機械穩定性和膠體穩定性都優于7008。而7008的析出油明顯,呈現出油膏狀(當然太高的析油性并非好事-析油量不能超過5%,會影響油脂膠體安定性)。也正因如此7008更易于流動交換。盡管在整體表現上稍差于RL3,(主要原因是油質劣化度比RL3快,機械穩定性差)。但如果嚴格按補油周期并保證補油量以及保持注油通道的通暢,相信國產7008航空油脂還是適用于該電機的。
  5.結論
  綜上所述,考慮到該電機雙軸承結構的特殊性,前后端軸承補油量應該有所區別,像過去那樣僅僅30g左右應修正為前端200g并輔以聽診方式注油。針對外側軸承補油通道的不暢,我們在選油上最終選擇了錐入度大、粘度系數更適合雙軸承結構的殼牌RL2潤滑油脂。
  依據以上翔實的理論基礎,我們還為我部門所有同類型的電機都單獨計算了一組潤滑脂的注、補油量數據,并依此予以實施落實。最終徹底解決此類電動機軸承的發熱、缺油、壽命低以及運行中突發性損壞的問題,大大減少了檢修費用,為安全運行提供了可靠保障。
來源:《設備管理與維修》2016年7期

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