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高压电机轴承改造,解决轴承发热、损坏等故障

时间:2014-02-24    来源:上海品勋防爆电机有限公司    点击:399

一、摘要:在发电厂生产过程中,电机是主要的动力源,一旦发生故障,对整个生产所带来的损失是相当大的,尤其是大、中型高压电机,可严重影响到整个生产过程。根据我们对电机故障的统计发现,轴承损坏或因为轴承损坏而造成的电机故障,占了电机全部故障的60%以上,为此我们对电机轴承故障较多的电机进行了改造,解决了电机轴承频繁损坏及发热的问题,大大减少了电机的事故率,保证了机组的安全运行。

当前,随着社会的进步和我国电力事业的发展,发电厂附属设备的高压电机大部分由“J系列”过渡到了“Y系列”。其电机的性能、绝缘强度、外形均优于老式电机。但是由于部分电机在轴承的设计上存在着不足,造成了电机轴承的发热和故障多的问题。后来我们分析了进口的同类高压电机,发现大部分轴承的寿命在5年以上。经过几次的检修后,我们找出了其设计方面的优点,并针对国产电机结构上的不足进行了改造,基本解决了此类电机轴承发热及频繁损坏的问题。近几年,我们又为莱城、济宁、河曲、威县等电厂部分存在问题的电机进行了改造。大部分电机在改造前,轴承存在发热、频繁损坏的问题,有的轴承损坏周期不到两个月。改造后基本都达到了正常的允许温度,轴承寿命达到了机组的一个检修周期以上,彻底解决了此类高压电机轴承寿命短的问题,大大避免了因电机的损坏所造成临时停机而带来的损失,确保了机组的安全运行。

二、轴承发热、损坏故障分析:

电机的一般结构:我国现在所生产的箱式电机在运行中,有一部分电机轴承故障发生较多。经过分析发现其主要的问题是:有些电机在轴承的外侧,装有一个距轴承间隙很小的挡油盘。这样看似可使轴承的润滑脂保持充足,但存在以下几个缺点:

(1)不利于轴承的散热和润滑脂的循环,使轴承在运行中温度过高,润滑脂的性能则降低,继而温度再升高的恶性循环,使轴承损坏。

(2)因轴承挡油盘的存在,使得电机在小修时,轴承无法检查,而在电机大修时,不拆下挡油盘也无法清洗检查轴承,只有更换,造成不必要的浪费。

(3)因多次的检修和轴承的更换必须拆卸挡油盘,很容易造成挡油盘内孔与轴的配合松动,使挡油盘在运行中与轴滑动产生异音或从轴上脱出,造成严重的故障。

双轴承式电机:我国现在所生产的部分箱式高压电机,负荷侧采用了双轴承的结构。这类电机的结构虽然增加了负荷侧的径向承载能力,但是也给检修工作带来了较大的难度,在电机大修时,轴承无法清洗和检查而必须进行更换,否则不能保证检修质量,造成检修费用的增加。另外此种结构的电机,轴承运行中的温度都比较高,使用寿命偏低。

轴承的类型:我国大部分高压电机的负荷侧轴承为“圆柱形滚子轴承”,空载侧为“向心推力球轴承”。在电机的实际运行中因为温度的变化,转子的长度也是在变化的。这样因为空载侧的轴承属定位轴承,所以转子长度的变化即由负荷侧的“滚子轴承”予以调整。根据我们所掌握的情况看,如果与机械的联轴器为“弹性联轴器”时,对电机和机械均无大的影响,而如果是“刚性联轴器”则发生电机或机械的振动,甚至造成轴承的损坏。目前我国所生产的风冷式电机,冷却风箱的出风均在负侧,所以电机在运行中负侧的温度大大高于空侧,而负侧柱型轴承或双轴承结构的摩擦系数又大,所以造成负侧轴承的温度一般高于空侧轴承温度,造成负侧轴承的损坏往往多于空侧轴承。

轴承的承载与允许转速:从我国的电机与部分进口的电机比较来看,国产大、中型高压电机的负荷侧轴承,一般是选用的“中型滚子轴承”。该轴承的承载能力是大大超过了计算值,但轴承的允许转速则与电机的实际转速相差很少甚至不够,使轴承的使用寿命降低。

轴承附件的设计:目前我国高压电机,大部分轴承附件是采用的轴承套和内、外油盖式的结构,此种结构的优点是简单。缺点是密封差,电机内、外部的灰尘很容易进入到轴承内部,加速轴承的磨损而损坏。

三、轴承改造方法:

1、我们在进行高压电机轴承改造的初期,是将轴承寿命不超过一年的高压电机,按照JS系列高压电机的结构进行改造(此改造项目曾在“1997年山东电力技术”上刊登)。

2、后来我们分析了部分进口高压电机的轴承结构发现:负侧大部分是选用了较大的“球形轴承”,空侧是选用了较小的“滚子轴承”。分析认为,这样可保证电机转子在冷、热状态转子长度变化时,其轴向的伸缩位移在空侧,确保了电机与机械连接处的定位。负荷侧的 “滚珠轴承”和空载侧的“滚子轴承”,据计算轴承的承载能力不但完全可达到电机运行的需要,而且轴承的允许转速大大超过了电机的实际转速,所以能使轴承的使用寿命大大增加。

3、部分进口的大、中型电机结构,一是在内、外轴承盖的外侧全部装有密封装置,这样可确保轴承内部的清洁;二是在轴承的外侧装有一个具有冷却作用的开槽式定位螺母,此装置不但起到了轴承良好的定位作用,而且可使轴承的温度进一步降低,并且轴承油室的空间设计较大,这样就可降低轴承在运行中的温度,使轴承的使用寿命大大增加。

为此我们在吸取了其先进的设计经验后,对需改造的电机首先对轴承的选用进行计算,发现存在轴承设计及选用方面的问题,进行重新设计。其改造原则是根据电机的实际结构尺寸,尽量采用进口电机的结构型式进行设计、改造。经过改造后的高压电机,基本可达到进口电机轴承的使用寿命。(其典型的设计改造图见下):

四、电机轴承改造典例:近几年,因为我们对“黄台电厂”大、中型高压电机轴承改造的成功,又相继为山东“莱城电厂”“济宁电厂”“河曲电厂”“河北威县电厂”等多发生轴承故障的电机进行了改造,取得了良好的效果。

1、莱城电厂30万千瓦机组的一次风机电机。该电机为湘潭电机厂所生产的YKK560-4型、1250KW高压电机。该电机多次发生轴承的损坏故障,尤其是负侧的外轴承和空侧轴承,最短的损坏周期达几天。该电机的同步转速为1500转/分,轴承的结构是,负荷侧为双轴承,外侧为#N332柱型轴承,内侧为#6232球型轴承,空载侧为#N332柱型轴承。据我们分析认为,该电机主要是轴承的选用问题。根据轴承手册所提供的数据,轴承的允许转速如下:国产轴承为1400转/分,进口轴承为1500转/分。从轴承的允许转速数据我们可以看出,两侧轴承的允许转速均小于或等于电机的实际转速。所以我们认为这是造成空载侧轴承和负荷侧外轴承损坏的一个根本原因。

为此我们对该电机进行了以下改造:负侧由原来的双轴承改为#6236球型单轴承结构,空载侧改为#NU232滚柱轴承。其两个轴承的允许转速全部为1800转/分,轴承的承载能力也完全可达到电机的要求。这样改后的轴承允许转速提高了300转/分,轴承的实际转速小于了允许值,并且因改后轴向尺寸的减小,即在轴承的外侧按照进口电机结构加装了良好的定位、冷却装置和密封装置。在改造轴承的同时,将端盖、轴承套、轴承盖全部进行了更换,将轴承油室改造为大空间,并在轴承盖的外侧全部加装了密封装置。这样一方面利于轴承的散热,另一方面可保证轴承内部的清洁,延长了轴承的使用寿命。目前对所有机组的该电机全部进行了改造,其改造最早的已经运行4年,效果良好。

2、河曲电厂60万千瓦机组磨煤机电机。该电机为上海电机厂生产,YTM630-6型、功率1120KW。根据该电机的运行情况看,其主要存在的问题是“轴承发热”,尤其是负荷侧轴承,在夏季,温度可高达80度以上。为此采用临时措施,在每个电机的负荷侧安装一临时通风机进行降温。另外,多台电机在一年左右的时间里,基本全部进行了大修或临修,而主要的检修项目就是检查更换电机轴承。经过我们分析认为:电机轴承附件结构不合理是导致“轴承发热”的主要原因:该电机轴承油室过小造成运行中轴承发热;轴承的结构是在轴承外侧装有一个距离轴承很近的挡油盘,使运行中轴承的热量也不易散发;负侧为滚柱轴承,空侧为球形轴承,而电机的出风又是在负侧,而负侧的轴承摩擦系数又远大于空侧的轴承,所以造成负侧轴承温度偏高。

我们根据该电机轴承的故障及结构进行了以下的改造:全部设计更换了轴承附件,加大了轴承油室;将轴承外侧的挡油盘去掉,轴承的定位装置采用了进口高压电机的结构型式;将两侧轴承换位安装,负侧轴承改为#6334型,空侧轴承改为#NU234,减少了负侧轴承的摩擦系数,减小了因机械而对电机轴向的影响;按照进口电机的结构,在轴承内、外油盖的外侧加装了铝合金梯形槽的密封,确保运行中轴承内部的清洁。目前,改造后的电机运行正常,负侧的轴承温度比负侧端盖温度还低3~5度,达到了改造效果(见上图)。

3、济宁电厂30万千瓦机组的一次风机电机。同为上海产,YKK560-4型、功率1250KW,其轴承故障与河曲电厂的磨煤机电机基本相同,所以我们采用了与河曲电厂基本相同的改造方案。因为其转速及轴承的不同,所以其改造的具体项目也不同。负侧轴承由原来的#N332改为#6332,空侧轴承由原来的#6330改为#NU230。改造后达到了良好的运行状况。

4、河北威县电厂给水泵电机。该电机为长沙电机厂生产,YKK4504-2型,功率800KW,轴承结构是:负侧为双轴承结构,外轴承为#NU221型圆柱轴承,内轴承为#6221型深沟球轴承,空侧轴承为#NU221圆柱型轴承。在轴承故障的处理中发现,该电机轴承的故障主要是轴承的结构比较紧密,加上该轴承的设计没有良好的排油装置而造成轴承严重的发热。该电机的负侧外轴承和空侧轴承其允许最高转速,国产轴承为2800转/分;进口轴承为3000转/分。该电机的实际转速为2980转/分,已经超过和达到了轴承的允许转速,所以这也是造成轴承的损坏的主要原因。另外,在该电机的铭牌上标明:“电机每运行1000小时或轴承温度突然上升,必须停机,拆下轴承外盖,将废油脂清洗干净后再加入新润滑脂”。也就是说该电机运行四十几天就必须停机,进行轴承的清洗。可以说,这对于发电厂的重要设备来说是不适应的。同时也从这个要求中看出,该电机的确存在着轴承的设计问题。

为此我们对该电机进行了以下改造,将负侧轴承改为#6221型单轴承结构,空侧轴承改为#NU220型,这样可将两侧轴承的允许转速提高到3200转/分,轴承的径向承载能力经过计算,也完全可达到使用要求。轴承附件的设计,是在轴向尺寸允许的情况下尽量加大了轴承的油室。两侧轴承的定位采用“开槽螺母与锁垫”的结构,对轴承可起到良好的散热、冷却效果。两侧轴承的附件按照维护方便的形式设计加装了加、排油装置,保证电机在运行中润滑脂的正常加入和润滑脂的顺利排出,改变该电机每四十几天就需停机维护的缺点。该电机改造后,电机轴承的运行温度降至50℃以下,保证了安全运行,提高了轴承的使用寿命。

五、总结发展:

我们通过对改造后电机运行的统计,其轴承温度达到了允许值以下,连续运行周期基本都达到了机组的一个检修周期,大大减少了因电机的损坏所造成机组的临时停机故障。

据了解,目前鲁能颠东电厂、济宁嘉祥电厂的磨煤机电机,运行了不到一年即相继出现了多台轴承损坏的故障。经过我们所了解该电机的技术数据看,重点也是轴承的设计、选用问题:该电机型号为YTM710-6,1400KW,上海产。负侧轴承为#23044型调心球面滚子轴承。查阅轴承手册可得知,该轴承只能承受较小的轴向负荷。而像这样大功率的电机,磁极中心微小的误差或因转子热胀冷缩产生的轴向位移而产生轴向力是必然存在的。所以说该电机采用了这种轴承结构,其轴承的损坏必然是较多的。再者该轴承的允许转速与电机的实际转速基本相同,也可造成轴承的寿命缩短。该电机的空侧轴承为#3038型单列满圆柱滚子轴承。这种轴承的承载能力很大,但是此种轴承的允许转速却很低。从轴承手册查得,该轴承的允许转速比电机的实际转速还小很多,所以该轴承的连续使用时间也不会太长,而且一旦发生轴承的损坏故障,往往是轴承的内套与轴相粘连在一起。关于该电机的问题及改造建议已经交付该厂生产部门进行研究。我们相信,如果按照已经成熟的经验对该电机轴承进行改造后,一定能彻底解决该电机轴承频繁损坏的问题。

另外根据所了解的信息,在全国的很多发电厂几乎都存在着此类问题。目前我们虽然在电机轴承改造的工作中取得了很好的效果,但是必然还存在着很多不足之处。今后我们将进一步探讨、努力,将先进的技术更广泛地应用到我们实际的工作中去,为电力事业的发展作出更大的贡献。

 

 

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