電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)故障原因分析

自高壓水泵電機(jī)投入使用以來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)電機(jī)前端軸瓦溫度升高現(xiàn)象，Z高達(dá)72℃，并有繼續(xù)升高的趨勢(shì)。軸瓦溫度已經(jīng)大大超過(guò)了熱工一級(jí)報(bào)警值（70℃）和二級(jí)報(bào)警值（75℃），二級(jí)報(bào)警跳閘停機(jī)，嚴(yán)重威脅到高壓除鱗泵電機(jī)及高壓變頻器的安全運(yùn)行，因而必須停泵進(jìn)行檢查處理。檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)負(fù)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(bào)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(gè)月后檢查電機(jī)前端軸瓦時(shí)發(fā)現(xiàn)，新軸瓦推力面烏金雖然磨損相對(duì)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(duì)較小。對(duì)電機(jī)軸瓦重新處理后繼續(xù)安裝使用，但在此后運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)高壓泵連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)會(huì)發(fā)出明顯的撞擊異響，而且電機(jī)軸承溫度立即升高，只能被迫降速或停機(jī)檢查，嚴(yán)重?cái)_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(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子擋肩粘有融化的烏金（如圖1所示）。這些現(xiàn)象證實(shí)，軸瓦溫度不斷升高是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子向電機(jī)側(cè)方向竄動(dòng)，致使電機(jī)轉(zhuǎn)子擋肩與軸瓦外側(cè)烏金動(dòng)靜接觸摩擦引起的。具體導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子嚴(yán)重竄動(dòng)的軸向推力的產(chǎn)生原因分析如下。

1.1　機(jī)械中心與磁場(chǎng)中心不一致

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子將定位于磁場(chǎng)中心，而轉(zhuǎn)子主軸與兩軸承間有一個(gè)機(jī)械中心（即電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸間與軸承間間距相等的位置）。這2個(gè)中心可能存在不一致，安裝時(shí)如果以機(jī)械中心為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)整個(gè)軸的軸向間距，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)子將自動(dòng)定位于磁場(chǎng)中心，電機(jī)軸的軸向竄動(dòng)，將破壞原安裝時(shí)調(diào)整好的軸向間距。當(dāng)這個(gè)偏差不大時(shí)，對(duì)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(bǔ)償；如果超過(guò)了聯(lián)軸器預(yù)留軸向間隙時(shí)，則聯(lián)軸器及被傳動(dòng)軸將受到一個(gè)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(dòng)軸系按聯(lián)軸器找中心時(shí)出現(xiàn)偏差

軸在軸承中不對(duì)中的偏差會(huì)對(duì)軸承增加很大的附加力矩，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子能在一定范圍內(nèi)沿軸向來(lái)回游動(dòng)，軸系中心不正時(shí)，聯(lián)軸器會(huì)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(chǎng)方向一側(cè)推動(dòng)，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子擋肩與軸承外側(cè)烏金動(dòng)靜摩擦。如圖2所示。

1.3　電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的揚(yáng)度不符合要求

電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸頸揚(yáng)度不合理，會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)子在自身重力軸向分力的作用下克服磁場(chǎng)力向揚(yáng)度小的一端滑動(dòng)。因此，電機(jī)兩端揚(yáng)度合理是消除軸向分力的關(guān)鍵。

1.4　高壓電機(jī)軸瓦軸承的定位游隙設(shè)計(jì)太小

高壓電機(jī)負(fù)荷端軸擋肩定位間距為100.4ｍｍ，而軸瓦外距為100ｍｍ。也就是說(shuō)，電機(jī)轉(zhuǎn)子軸擋肩對(duì)軸瓦的定位游移量只有0.2ｍｍ，對(duì)于高壓泵的高壓高速電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)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(jī)高低速運(yùn)行時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子竄動(dòng)。負(fù)荷端軸瓦游移量如表1所示。

1.5　高壓電機(jī)磁力中心線位置標(biāo)定和實(shí)際不符合

電機(jī)原設(shè)計(jì)磁力中心線位置為178ｍｍ，而電機(jī)在空載狀態(tài)下靜止時(shí)的磁力中心線測(cè)量值為176ｍｍ，電機(jī)升速后和自由停車后的磁力中心線的位置均為176ｍｍ，說(shuō)明電機(jī)原設(shè)計(jì)標(biāo)定的磁力中心線位置和實(shí)際有一定的偏差。

1.6　高壓泵內(nèi)部渦流產(chǎn)生水力擾動(dòng)作用力

高壓泵在高速大流量運(yùn)行時(shí)，高壓泵內(nèi)部水流渦動(dòng)產(chǎn)生的水力擾動(dòng)作用力，會(huì)使高壓泵產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。但從高壓泵、聯(lián)軸器、電機(jī)之間的連接和結(jié)構(gòu)可知，高壓泵的軸向推力對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子有一定的推動(dòng)力，但對(duì)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(duì)軸系中心和電機(jī)揚(yáng)度重新調(diào)整。在調(diào)整轉(zhuǎn)子軸系中心時(shí)重點(diǎn)考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子揚(yáng)度情況，在其兩端揚(yáng)度合理、一致的情況下分別修正耦合器轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸的中心，電機(jī)轉(zhuǎn)子與高壓泵的中心。調(diào)整電機(jī)兩端軸承座的墊片后，中心情況如圖3所示。

⑵移動(dòng)定子使其?力中心與轉(zhuǎn)子磁力中心線重合，移動(dòng)量與測(cè)量后的竄動(dòng)量基本相等。在工程實(shí)際中，移動(dòng)定子時(shí)，先卸掉電機(jī)定子端蓋及定子固定螺栓和定位銷，然后用兩臺(tái)力量合適的千斤頂在定子端面同時(shí)頂動(dòng)，為了監(jiān)視移動(dòng)量及頂動(dòng)時(shí)定子是否有傾斜移動(dòng)，還應(yīng)在定子移動(dòng)方向及兩側(cè)光滑面打上百分表。根據(jù)此電機(jī)原設(shè)計(jì)178ｍｍ磁力中心線位置及電機(jī)轉(zhuǎn)子竄動(dòng)方向，將電機(jī)定子向高壓泵方向移動(dòng)2，消除原設(shè)計(jì)及實(shí)際誤差，使高壓電機(jī)磁力中心線位置真正達(dá)到176ｍｍ。

⑶加工電機(jī)轉(zhuǎn)于軸承擋，增加軸瓦兩側(cè)游隙。加工電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承擋肩，將電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出來(lái)，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(jī)運(yùn)行時(shí)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(dòng)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(jī)軸伸端軸瓦寬度由原來(lái)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(dá)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(jī)軸承溫度過(guò)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不利于后期設(shè)備的維護(hù)。

3、結(jié)語(yǔ)

⑴對(duì)于采用齒輪式聯(lián)軸器連接的高壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)子，如果出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)首先考慮高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的揚(yáng)度和軸系中心問(wèn)題。

⑵處理高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子軸擋肩與軸瓦軸承游隙問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速及高壓泵特性調(diào)整負(fù)荷端軸瓦游隙，避免造成轉(zhuǎn)子軸擋肩與軸承動(dòng)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(guò)上述高壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)原因分析，對(duì)中板高壓泵高壓電機(jī)進(jìn)行磁力中心調(diào)整、轉(zhuǎn)子軸承擋重新加工，Z后進(jìn)行軸系的找正，徹底解決了中板高壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)子竄動(dòng)及電機(jī)異常振動(dòng)、溫升問(wèn)題，避免了電機(jī)因滑動(dòng)軸承損壞導(dǎo)致電機(jī)掃膛燒壞的可能后果。

（來(lái)源：振動(dòng)診斷與轉(zhuǎn)子平衡）