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高壓電機軸承改造

在發電廠生產過程中,電機是主要的動力源,一旦發生故障,對整個生產所帶來的損失是相當大的,尤其是大、中型高壓電機,可嚴重影響到整個生產過程。根據我們對電機故障的統計發現,軸承損壞或因為軸承損壞而造成的電機故障,占了電機全部故障的60%以上,為此我們對電機軸承故障較多的電機進行了改造,解決了電機軸承頻繁損壞及發熱的問題,大大減少了電機的事故率,保證了機組的安全運行。
當前,隨著社會的進步和我國電力事業的發展,發電廠附屬設備的高壓電機大部分由“J系列”過渡到了“Y系列”。其電機的性能、絕緣強度、外形均優于老式電機。但是由于部分電機在軸承的設計上存在著不足,造成了電機軸承的發熱和故障多的問題。后來我們分析了進口的同類高壓電機,發現大部分軸承的壽命在5年以上。經過幾次的檢修后,我們找出了其設計方面的優點,并針對國產電機結構上的不足進行了改造,基本解決了此類電機軸承發熱及頻繁損壞的問題。近幾年,我們又為萊城、濟寧、河曲、威縣等電廠部分存在問題的電機進行了改造。大部分電機在改造前,軸承存在發熱、頻繁損壞的問題,有的軸承損壞周期不到兩個月。改造后基本都達到了正常的允許溫度,軸承壽命達到了機組的一個檢修周期以上,徹底解決了此類高壓電機軸承壽命短的問題,大大避免了因電機的損壞所造成臨時停機而帶來的損失,確保了機組的安全運行。
二、軸承發熱、損壞故障分析:
電機的一般結構:我國現在所生產的箱式電機在運行中,有一部分電機軸承故障發生較多。經過分析發現其主要的問題是:有些電機在軸承的外側,裝有一個距軸承間隙很小的擋油盤。這樣看似可使軸承的潤滑脂保持充足,但存在以下幾個缺點:
(1)不利于軸承的散熱和潤滑脂的循環,使軸承在運行中溫度過高,潤滑脂的性能則降低,繼而溫度再升高的惡性循環,使軸承損壞。
(2)因軸承擋油盤的存在,使得電機在小修時,軸承無法檢查,而在電機大修時,不拆下擋油盤也無法清洗檢查軸承,只有更換,造成不必要的浪費。
(3)因多次的檢修和軸承的更換必須拆卸擋油盤,很容易造成擋油盤內孔與軸的配合松動,使擋油盤在運行中與軸滑動產生異音或從軸上脫出,造成嚴重的故障。
雙軸承式電機:我國現在所生產的部分箱式高壓電機,負荷側采用了雙軸承的結構。這類電機的結構雖然增加了負荷側的徑向承載能力,但是也給檢修工作帶來了較大的難度,在電機大修時,軸承無法清洗和檢查而必須進行更換,否則不能保證檢修質量,造成檢修費用的增加。另外此種結構的電機,軸承運行中的溫度都比較高,使用壽命偏低。
軸承的類型:我國大部分高壓電機的負荷側軸承為“圓柱形滾子軸承”,空載側為“向心推力球軸承”。在電機的實際運行中因為溫度的變化,轉子的長度也是在變化的。這樣因為空載側的軸承屬定位軸承,所以轉子長度的變化即由負荷側的“滾子軸承”予以調整。根據我們所掌握的情況看,如果與機械的聯軸器為“彈性聯軸器”時,對電機和機械均無大的影響,而如果是“剛性聯軸器”則發生電機或機械的振動,甚至造成軸承的損壞。目前我國所生產的風冷式電機,冷卻風箱的出風均在負側,所以電機在運行中負側的溫度大大高于空側,而負側柱型軸承或雙軸承結構的摩擦系數又大,所以造成負側軸承的溫度一般高于空側軸承溫度,造成負側軸承的損壞往往多于空側軸承。
軸承的承載與允許轉速:從我國的電機與部分進口的電機比較來看,國產大、中型高壓電機的負荷側軸承,一般是選用的“中型滾子軸承”。該軸承的承載能力是大大超過了計算值,但軸承的允許轉速則與電機的實際轉速相差很少甚至不夠,使軸承的使用壽命降低。
軸承附件的設計:目前我國高壓電機,大部分軸承附件是采用的軸承套和內、外油蓋式的結構,此種結構的優點是簡單。缺點是密封差,電機內、外部的灰塵很容易進入到軸承內部,加速軸承的磨損而損壞。
三、軸承改造方法:
1、我們在進行高壓電機軸承改造的初期,是將軸承壽命不超過一年的高壓電機,按照JS系列高壓電機的結構進行改造(此改造項目曾在“1997年山東電力技術”上刊登)。
2、后來我們分析了部分進口高壓電機的軸承結構發現:負側大部分是選用了較大的“球形軸承”,空側是選用了較小的“滾子軸承”。分析認為,這樣可保證電機轉子在冷、熱狀態轉子長度變化時,其軸向的伸縮位移在空側,確保了電機與機械連接處的定位。負荷側的 “滾珠軸承”和空載側的“滾子軸承”,據計算軸承的承載能力不但完全可達到電機運行的需要,而且軸承的允許轉速大大超過了電機的實際轉速,所以能使軸承的使用壽命大大增加。
3、部分進口的大、中型電機結構,一是在內、外軸承蓋的外側全部裝有密封裝置,這樣可確保軸承內部的清潔;二是在軸承的外側裝有一個具有冷卻作用的開槽式定位螺母,此裝置不但起到了軸承良好的定位作用,而且可使軸承的溫度進一步降低,并且軸承油室的空間設計較大,這樣就可降低軸承在運行中的溫度,使軸承的使用壽命大大增加。
為此我們在吸取了其先進的設計經驗后,對需改造的電機首先對軸承的選用進行計算,發現存在軸承設計及選用方面的問題,進行重新設計。其改造原則是根據電機的實際結構尺寸,盡量采用進口電機的結構型式進行設計、改造。經過改造后的高壓電機,基本可達到進口電機軸承的使用壽命。(其典型的設計改造圖見下):
四、電機軸承改造典例:近幾年,因為我們對“黃臺電廠”大、中型高壓電機軸承改造的成功,又相繼為山東“萊城電廠”“濟寧電廠”“河曲電廠”“河北威縣電廠”等多發生軸承故障的電機進行了改造,取得了良好的效果。
1、萊城電廠30萬千瓦機組的一次風機電機。該電機為湘潭電機廠所生產的YKK560-4型、1250KW高壓電機。該電機多次發生軸承的損壞故障,尤其是負側的外軸承和空側軸承,最短的損壞周期達幾天。該電機的同步轉速為1500轉/分,軸承的結構是,負荷側為雙軸承,外側為#N332柱型軸承,內側為#6232球型軸承,空載側為#N332柱型軸承。據我們分析認為,該電機主要是軸承的選用問題。根據軸承手冊所提供的數據,軸承的允許轉速如下:國產軸承為1400轉/分,進口軸承為1500轉/分。從軸承的允許轉速數據我們可以看出,兩側軸承的允許轉速均小于或等于電機的實際轉速。所以我們認為這是造成空載側軸承和負荷側外軸承損壞的一個根本原因。
為此我們對該電機進行了以下改造:負側由原來的雙軸承改為#6236球型單軸承結構,空載側改為#NU232滾柱軸承。其兩個軸承的允許轉速全部為1800轉/分,軸承的承載能力也完全可達到電機的要求。這樣改后的軸承允許轉速提高了300轉/分,軸承的實際轉速小于了允許值,并且因改后軸向尺寸的減小,即在軸承的外側按照進口電機結構加裝了良好的定位、冷卻裝置和密封裝置。在改造軸承的同時,將端蓋、軸承套、軸承蓋全部進行了更換,將軸承油室改造為大空間,并在軸承蓋的外側全部加裝了密封裝置。這樣一方面利于軸承的散熱,另一方面可保證軸承內部的清潔,延長了軸承的使用壽命。目前對所有機組的該電機全部進行了改造,其改造最早的已經運行4年,效果良好。
2、河曲電廠60萬千瓦機組磨煤機電機。該電機為上海電機廠生產,YTM630-6型、功率1120KW。根據該電機的運行情況看,其主要存在的問題是“軸承發熱”,尤其是負荷側軸承,在夏季,溫度可高達80度以上。為此采用臨時措施,在每個電機的負荷側安裝一臨時通風機進行降溫。另外,多臺電機在一年左右的時間里,基本全部進行了大修或臨修,而主要的檢修項目就是檢查更換電機軸承。經過我們分析認為:電機軸承附件結構不合理是導致“軸承發熱”的主要原因:該電機軸承油室過小造成運行中軸承發熱;軸承的結構是在軸承外側裝有一個距離軸承很近的擋油盤,使運行中軸承的熱量也不易散發;負側為滾柱軸承,空側為球形軸承,而電機的出風又是在負側,而負側的軸承摩擦系數又遠大于空側的軸承,所以造成負側軸承溫度偏高。
我們根據該電機軸承的故障及結構進行了以下的改造:全部設計更換了軸承附件,加大了軸承油室;將軸承外側的擋油盤去掉,軸承的定位裝置采用了進口高壓電機的結構型式;將兩側軸承換位安裝,負側軸承改為#6334型,空側軸承改為#NU234,減少了負側軸承的摩擦系數,減小了因機械而對電機軸向的影響;按照進口電機的結構,在軸承內、外油蓋的外側加裝了鋁合金梯形槽的密封,確保運行中軸承內部的清潔。目前,改造后的電機運行正常,負側的軸承溫度比負側端蓋溫度還低3~5度,達到了改造效果(見上圖)。
3、濟寧電廠30萬千瓦機組的一次風機電機。同為上海產,YKK560-4型、功率1250KW,其軸承故障與河曲電廠的磨煤機電機基本相同,所以我們采用了與河曲電廠基本相同的改造方案。因為其轉速及軸承的不同,所以其改造的具體項目也不同。負側軸承由原來的#N332改為#6332,空側軸承由原來的#6330改為#NU230。改造后達到了良好的運行狀況。
4、河北威縣電廠給水泵電機。該電機為長沙電機廠生產,YKK4504-2型,功率800KW,軸承結構是:負側為雙軸承結構,外軸承為#NU221型圓柱軸承,內軸承為#6221型深溝球軸承,空側軸承為#NU221圓柱型軸承。在軸承故障的處理中發現,該電機軸承的故障主要是軸承的結構比較緊密,加上該軸承的設計沒有良好的排油裝置而造成軸承嚴重的發熱。該電機的負側外軸承和空側軸承其允許最高轉速,國產軸承為2800轉/分;進口軸承為3000轉/分。該電機的實際轉速為2980轉/分,已經超過和達到了軸承的允許轉速,所以這也是造成軸承的損壞的主要原因。另外,在該電機的銘牌上標明:“電機每運行1000小時或軸承溫度突然上升,必須停機,拆下軸承外蓋,將廢油脂清洗干凈后再加入新潤滑脂”。也就是說該電機運行四十幾天就必須停機,進行軸承的清洗。可以說,這對于發電廠的重要設備來說是不適應的。同時也從這個要求中看出,該電機的確存在著軸承的設計問題。
為此我們對該電機進行了以下改造,將負側軸承改為#6221型單軸承結構,空側軸承改為#NU220型,這樣可將兩側軸承的允許轉速提高到3200轉/分,軸承的徑向承載能力經過計算,也完全可達到使用要求。軸承附件的設計,是在軸向尺寸允許的情況下盡量加大了軸承的油室。兩側軸承的定位采用“開槽螺母與鎖墊”的結構,對軸承可起到良好的散熱、冷卻效果。兩側軸承的附件按照維護方便的形式設計加裝了加、排油裝置,保證電機在運行中潤滑脂的正常加入和潤滑脂的順利排出,改變該電機每四十幾天就需停機維護的缺點。該電機改造后,電機軸承的運行溫度降至50℃以下,保證了安全運行,提高了軸承的使用壽命。
五、總結發展:
我們通過對改造后電機運行的統計,其軸承溫度達到了允許值以下,連續運行周期基本都達到了機組的一個檢修周期,大大減少了因電機的損壞所造成機組的臨時停機故障。
據了解,目前魯能顛東電廠、濟寧嘉祥電廠的磨煤機電機,運行了不到一年即相繼出現了多臺軸承損壞的故障。經過我們所了解該電機的技術數據看,重點也是軸承的設計、選用問題:該電機型號為YTM710-6,1400KW,上海產。負側軸承為#23044型調心球面滾子軸承。查閱軸承手冊可得知,該軸承只能承受較小的軸向負荷。而像這樣大功率的電機,磁極中心微小的誤差或因轉子熱脹冷縮產生的軸向位移而產生軸向力是必然存在的。所以說該電機采用了這種軸承結構,其軸承的損壞必然是較多的。再者該軸承的允許轉速與電機的實際轉速基本相同,也可造成軸承的壽命縮短。該電機的空側軸承為#3038型單列滿圓柱滾子軸承。這種軸承的承載能力很大,但是此種軸承的允許轉速卻很低。從軸承手冊查得,該軸承的允許轉速比電機的實際轉速還小很多,所以該軸承的連續使用時間也不會太長,而且一旦發生軸承的損壞故障,往往是軸承的內套與軸相粘連在一起。關于該電機的問題及改造建議已經交付該廠生產部門進行研究。我們相信,如果按照已經成熟的經驗對該電機軸承進行改造后,一定能徹底解決該電機軸承頻繁損壞的問題。
另外根據所了解的信息,在全國的很多發電廠幾乎都存在著此類問題。目前我們雖然在電機軸承改造的工作中取得了很好的效果,但是必然還存在著很多不足之處。今后我們將進一步探討、努力,將先進的技術更廣泛地應用到我們實際的工作中去,為電力事業的發展作出更大的貢獻。

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