YBCS-375型电机常见机械故障分析

　　摘　要：YBCS-375型电机在使用过程中，经常出现轴承烧坏、转轴与隔爆衬套摩擦及转子和铁心摩擦等机械故障，不仅使设备零部件损坏，有时还会引发电气故障。通过对各类故障的分析研究，明确了375kW电机轴承损坏是引起其它机械故障的主要原因。在不改变设备结构的条件下，通过采取调整轴承锁紧螺母的预紧量、各配合零件的尺寸公差和冷却水的流量等措施，明显降低了故障发生率。
　　关键词：电机；轴承；机械故障
　　1　前言
　　开滦钱家营矿业分公司机械化采煤程度较高，日产原煤1.6万t，是高产高效的样板。MG-375型采煤机在各采区使用率高，其驱动电机为YBCS-375型，功率375kW。该电机体积小、功率大，但在使用初期，其事故发生率非常高，在1998年短短的3个月中，机电总厂就抢修了5台375kW电机，每台电机大修费用5万元，不仅增加了维修开支，还影响了原煤生产。
　　2　电机的主要故障
　　375kW电机故障频繁发生，影响了正常生产。经对采煤机运行中电机所发生的故障进行总结分析，主要有以下几个方面。
　　（1）轴承烧坏与轴烧结，损坏严重。
　　（2）转轴与隔爆衬套摩擦严重，两者同时烧坏。
　　（3）转子铁心与定子铁心摩擦，即通常所说的电机扫膛。
　　上述故障对转轴和其他机件造成损害，轻的可修复，重则必须更换，尤其当定子和转子铁心摩擦严重时，甚至破坏定子绝缘，造成更大的经济损失。与此完全不同的是，已经在开滦全面推广使用的300kW采煤机电机却很少出现这样的情况，其故障发生率比375kW电机低得多，送修电机也仅见转轴与隔爆衬套摩擦故障。
　　3　故障原因
　　3.1 轴承发热
　　轴承寿命为，在特定设备中，轴承转速n，额定动负荷c，当量动负荷p，寿命系数E均为定值，所以影响轴承寿命的只有温度系数f_t（见表1）。从表中看到：轴承温度超过120℃以后，温度越高，f_t值就越小，因E>1，那么L_h也越小，即轴承寿命就越短。因此，温度是影响轴承寿命的关键因素。 　　3.1.1 轴承装配结构
　　375kW电机和300kW电机负荷侧端盖组装结构图见图1和图2。 　　300kW电机端盖装配主要由端盖1、内小盖5、外小盖2和轴承6等组成，结构简单，散热空间大，易于保护轴承。而375kW 电机端盖内部零件繁多，结构紧凑，不利于散热，零件的加工精度、装配精度的高低也都影响轴承的运行效果。
　　3.1.2 轴承冷却方式
　　（1）300kW电机端盖为双层盖，负荷侧与非负荷侧端盖均设计有循环水路系统（见图2），并与机体循环水路相通。工作中，水路接通1.5MPa高压循环水（30℃以下），使端盖温度保持在40℃左右。轴承装在端盖孔中，其温度升高现象也得到了抑制。
　　（2）375kW电机端盖薄，没有水路循环系统，只是通过负荷侧转轴上一个直径280mm风扇向机腔内送风冷却降温。在0.8mm气隙下，电机内腔空气流通微弱，和外界热量交换缓慢，轴承降温效果不如水循环方式明显。有资料表明，电机用水冷却比空气冷却效率可以提高十倍以上。
　　3.1.3 轴承轴向固定方式
　　轴承在运转过程中自身及周围环境都要产生热量。根据热胀冷缩的原理，轴承温度升高后要向外扩张。所以轴承外圈在端盖轴承室中、内圈在轴上固定都不要太紧，否则轴承温度升高后沿轴向伸长受阻，其径向尺寸改变，使径向游隙变小，滚动体运动受到限制，引起发热，继而烧坏轴承。两种电机轴承内圈固定方式如下：
　　（1）300kW电机轴承2322内圈在轴上靠轴用卡圈4固定，卡圈与轴承内圈间约有0.1mm的间隙。轴承受热膨胀后内圈轴向有微小的移动，这个间隙不会将内圈卡得很紧，避免内圈周向扩张，使径向游隙变小。这个间隙依靠各个零件的加工精度保证，很容易满足使用要求。
　　（2）375kW电机轴承2320内圈靠锁紧螺母5、转子螺帽6压住触环支架4在轴上固定。组装时若螺帽拧得太紧，轴承内圈的微小膨胀会受到阻碍，从而引起轴承发热等一系列问题。而装配质量的好坏，完全取决于操作者的技术水平，人为因素很大。
　　3.1.4 散热面积
　　300kW电机外形尺寸为1200×950×600，375kW电机外形尺寸为1140×950×500。两者相比，虽然375kW功率增大了25%，但外壳散热面积却减小了13%。经实验测试，两种电机在相同的运行条件下（空载、环境温度相同、运行时间相同等），测量电机壳壁温度Z高点，发现后者比前者平均温度高出15℃。
　　上述分析表明，由于结构的不合理，375kW电机轴承所处的内部环境温度比300kW电机轴承所处的温度高，容易损坏，从而导致了机械事故的频繁发生。
　　3.2 转轴与隔爆衬套摩擦
　　在一台电机中，转轴连同其上的转子铁心都是高速旋转部件，依据防爆电气规程，375kW电机转轴与静止的隔爆衬套11间的隔爆间隙Z大不应超过0.75mm，一般控制在0.5mm左右。在这么小的间隙下，引起轴与衬套摩擦的主要因素是:轴承室内孔与隔爆衬套内孔不同心，从而导致轴与衬套孔不同心。大多数防爆电机端盖均采用300kW电机结构，用螺栓将内小盖、端盖和外小盖紧固在一起，内小盖靠隔爆止口定位，机械强度高，稳定性好，可以防止端盖与内小盖产生相对移动。从图1中看到：375kW电机中隔爆衬套取代了内小盖起隔爆作用，它通过与端盖止口的配合来实现与轴承室同心的要求。电机在频繁振动或内腔温度较高、隔爆零部件受热膨胀时，都会使这种配合松动，衬套在周向没有约束，就会偏离端盖中心，导致和转轴摩擦，损坏轴、衬套等零部件，产生的高热还会使轴承游隙变小，影响轴承的正常动转。
　　3.3 转子与定子铁心摩擦
　　转子与定子在运行过程中互相摩擦，产生的高热可导致定子、转子铁心的硅钢片粘连、片间短路、绕组绝缘老化等电气故障，危害极大。引起这种故障的主要因素如下：
　　（1）轴承磨损。
　　（2）壳体止口与端盖止口配合间隙偏大。
　　（3）轴承室孔和端盖定位止口不同心。
　　（4）转轴弯曲。
　　以上这些因素都可引起转轴中心偏离定子中心，而转子铁心作为与转轴同速、同心的零件，就会发生与定子铁心摩擦的故障。
　　4　降低电机机械故障的措施
　　通过对375kW电机常见机构故障的分析，摸清了故障发生的主要原因。据此，可采取有针对性的有效措施，降低故障发生率。
　　（1）轴承内圈轴向固定时转子螺帽不能拧得过紧，保证触环支架与轴承间有0.05～0.1mm的间隙，为轴承内圈膨胀留有余量，避免轴承升温膨胀后游隙变小，引起发热。
　　（2）修理时保证各零件的加工精度，配合间隙尺寸选择适当。隔爆衬套与端盖孔配合采用H7/h6，配合面表面粗糙度要小，避免衬套松动。
　　（3）发生转子与定子摩擦时，先分析故障原因，之后要及时处理铁心齿部烧结区，用扁凿或风铲清除烧熔硅钢片上的粘结块，去掉粘连点，避免再次引起局部过热。
　　（4）在允许范围内，适当增大机体外壳循环冷却水的流量，可以带走更多设备运转时产生的热量，降低设备内腔温度，防止烧毁、烧结现象的频繁发生。
　　（5）加强设备监测力度，注意电机运行噪声、振动、外壳表面温度等细小环节，发现问题及时停时处理，以免引起更严重的事故。
　　（6）注意环境通风，利于机体散热。
　　375kW电机机械故障根本原因在于轴承的过热和磨损，经常出现的轴承烧坏、转轴与隔爆衬套摩擦、定转子铁心相擦等机械故障都是因此产生。降低设备运行温度，注重装配质量，保证轴承的正常润滑和运转，都可以降低轴承运转温度，这不仅延长了整个设备的修理周期，节省维修费用，还提高了电机的使用寿命。