電機轉(zhuǎn)子軸向竄動故障原因分析

自高壓水泵電機投入使用以來，陸續(xù)出現(xiàn)電機前端軸瓦溫度升高現(xiàn)象，Z高達72℃，并有繼續(xù)升高的趨勢。軸瓦溫度已經(jīng)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(yán)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(xiàn)電機負荷端瓦型軸承推力面出現(xiàn)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(xiàn)，新軸瓦推力面烏金雖然磨損相對較輕，但是推力面已經(jīng)出現(xiàn)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(dāng)高壓泵連續(xù)高速運轉(zhuǎn)，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(yán)重擾亂中厚板生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，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(xiàn)高壓泵電機前軸瓦外側(cè)（靠高壓泵一側(cè)）磨損嚴(yán)重，外側(cè)圓周面烏金顏色發(fā)黑并有脫胎現(xiàn)象，電機轉(zhuǎn)子擋肩粘有融化的烏金（如圖1所示）。這些現(xiàn)象證實，軸瓦溫度不斷升高是由于電機轉(zhuǎn)子向電機側(cè)方向竄動，致使電機轉(zhuǎn)子擋肩與軸瓦外側(cè)烏金動靜接觸摩擦引起的。具體導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子嚴(yán)重竄動的軸向推力的產(chǎn)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(zhuǎn)子將定位于磁場中心，而轉(zhuǎn)子主軸與兩軸承間有一個機械中心（即電機轉(zhuǎn)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(zhǔn)來調(diào)整個軸的軸向間距，當(dāng)電機啟動后，轉(zhuǎn)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(diào)整好的軸向間距。當(dāng)這個偏差不大時，對于齒輪式聯(lián)軸器，可以由內(nèi)外齒輪套的預(yù)留軸向間隙補償；如果超過了聯(lián)軸器預(yù)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(chǎn)生發(fā)熱等有害影響。

1.2　轉(zhuǎn)動軸系按聯(lián)軸器找中心時出現(xiàn)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(zhuǎn)子能在一定范圍內(nèi)沿軸向來回游動，軸系中心不正時，聯(lián)軸器會產(chǎn)生固定方向的軸向分力，使轉(zhuǎn)子在軸向分力的作用下克服磁場方向一側(cè)推動，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子擋肩與軸承外側(cè)烏金動靜摩擦。如圖2所示。

1.3　電機轉(zhuǎn)子兩端的揚度不符合要求

電機轉(zhuǎn)子兩端軸頸揚度不合理，會引起電機轉(zhuǎn)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(guān)鍵。

1.4　高壓電機軸瓦軸承的定位游隙設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(biāo)定和實際不符合

電機原設(shè)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(shè)計標(biāo)定的磁力中心線位置和實際有一定的偏差。

1.6　高壓泵內(nèi)部渦流產(chǎn)生水力擾動作用力

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

2、解決方案

⑴根據(jù)調(diào)整前的有關(guān)數(shù)據(jù)，對軸系中心和電機揚度重新調(diào)整。在調(diào)整轉(zhuǎn)子軸系中心時重點考慮電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子與電機軸的中心，電機轉(zhuǎn)子與高壓泵的中心。調(diào)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(zhuǎn)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(yīng)在定子移動方向及兩側(cè)光滑面打上百分表。根據(jù)此電機原設(shè)計178ｍｍ磁力中心線位置及電機轉(zhuǎn)子竄動方向，將電機定子向高壓泵方向移動2，消除原設(shè)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(zhuǎn)于軸承擋，增加軸瓦兩側(cè)游隙。加工電機轉(zhuǎn)子軸承擋肩，將電機轉(zhuǎn)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(jié)合并做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后?電機運行時可使軸瓦兩側(cè)到軸擋肩的間隙為5ｍｍ，增加了軸瓦兩側(cè)的游隙，避免了軸擋肩與軸瓦側(cè)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(cè)的間隙變?yōu)?.2ｍｍ，同理也可以增加軸瓦兩側(cè)的游隙，達到預(yù)期目的。但軸瓦兩側(cè)巴氏合金厚度一般為3ｍｍ，車削5ｍｍ后必然將軸承兩側(cè)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(xiàn)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(shè)備的維護。

3、結(jié)語

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

⑵處理高壓電機轉(zhuǎn)子軸擋肩與軸瓦軸承游隙問題，應(yīng)根據(jù)電機轉(zhuǎn)速及高壓泵特性調(diào)整負荷端軸瓦游隙，避免造成轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)整、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)致電機掃膛燒壞的可能后果。

（來源：振動診斷與轉(zhuǎn)子平衡）