解决运行中高压电机加油脂后温度攀升的问题

解决运行中高压电机加油脂后温度攀升的问题

杨森 戴麟权 郑琪思

辽宁科技学院

摘要

某厂一次风机电机在运行时加入润滑油脂后，都会引起轴承温度短时间内升高，油脂溶化、轴承发出异常声音，面临损坏轴承甚至打闸停机的危险。通过分析，认为是轴承室内径与轴承外径公差配合不符合设备实际需要，所以我们通过计算轴承受热后的膨胀量，来确定轴承外圆与电机轴承室的公差配合尺寸，解决轴承膨胀引起的轴承发热问题。

关键词：轴承室；膨胀量；公差配合

1 引言

某厂一期一次风机均为上海电机厂生产的6KV高压电动机，轴承型号为SKF 6330/C3，承担着将煤粉送入炉膛的任务，它的运行工况直接影响机组稳定运行。由于电机处于连续运行方式，所以要定期加油脂润滑。但是由于某种原因，某厂一次风机在加入油脂后电机轴承温度直线攀升，达到100度以上的高温(正常温度为60度)，伴随着油脂溶化、轴承发出异常声音，随时有打闸停机的危险，因此，解决温升高的问题迫在眉睫。

2 轴承内油脂工作分析

电机轴承的润滑是依靠润滑脂内的三维纤维网状结构在剪切作用下被拉断时析出的润滑油，在轴承的转动元件、轴承座和轴承座圈上形成一层润滑膜而起润滑作用的。当新装了润滑脂的轴承开始转动时，润滑脂首先从转动元件上被甩出，并快速的在轴承盖的腔内循环、冷却。随后润滑脂又从旋转的轴承座圈外侧切入到转动元件上，紧贴着转动元件表面的那部分脂在剪切作用下拉断了纤维网状结构，使少量析出的润滑油在转动元件和座圈表面上形成一层润滑膜。其余部分的润滑脂仍然保持完好的纤维网状结构，起了冷却和密封作用。在轴承刚开始转动时，润滑脂的湍动产生摩擦热，使轴承温度上升到一个最大值。然后，随着不断的剪切作用析出润滑油，在轴承的转动元件，轴承座和轴承座圈上形成一层润滑膜之后，这种摩擦热又逐渐减小，同时，不断从转动元件甩出到轴承盖空腔内的润滑脂又起了良好的冷却作用，从而使轴承温度又逐渐下降，趋近于一个平衡值。

图1 轴承完整外圈肩部

3 电机加油后温升分析

3.1 现象描述

某厂2B一次风机电机后侧轴承在加油后半小时内温度突升至130度以上，进行降温处理未见改善，申请停运该电机解体检查发现。该电机后侧轴承滚珠与保持架和滑道磨损严重，磨下的金属屑又与保持架粘滞在一起；轴与轴承内圈产生相对运动。轴磨损量为0.15mm。

3.2 寻找原因

在小修中对2A、2B两台一次风机解体检修中均发现轴承均有不同程度的保持架和滑道与滚珠的磨损。检查端盖止口与轴承内圆无不同心情况；定转子气隙均匀，同一批轴承无不合格情况（生产电机时轴承由某厂提供），转子轴向间隙合格，不会是因为轴向串量小造成轴承发热损坏。所使用的润滑脂符合轴承厂家的要求。在对轴承和轴承室的测量过程中发现，轴承室的平均内径为（以6330\C3轴承）319.996mm，轴承平均外径为319.982mm，配合为0.014mm的间隙。与某厂二期国外电机比较，国外电机滚珠轴承与轴承室配合为0.01mm—0.02mm间隙。滚柱轴承为0—0.01mm间隙。同时与北京电力设备厂生产的的磨煤机电机比较其配合尺寸均为0—0.02mm间隙。基于此，我们怀疑是轴承室内径与轴承外径间隙不合格导致轴承温度攀升。

3.3 本质原因剖析

我们知道，滚动轴承运行中加润滑脂后，一方面,润滑脂是半固态的，刚加进去的时候还没有润滑开，或者说还没有融化开，影响了散热，所以温度会在一段时间内升高；另一方面，新加润滑脂破坏子原轴承内油膜的平衡状态,到重新形成油膜需要经过一定的时间，这段时间也会引起温度升高。

在运转中，轴承的内外圈温度通常比其他部件温度高，所以内外圈和滚珠引起的膨胀量将抵消外圈与轴承室内径的间隙量S，甚至大于S，而轴承室内圈不会向外膨胀，导致滚珠与滑道压力增大，进而摩擦力增大，轴承温度升高，恶性循环，最终损坏轴承。

基于以上分析，想解决轴承温升问题，关键在于轴承室内径与轴承外径间隙S的选取。

4 选取间隙S

4.1 关于间隙S的规程规定(表1)

Y系列电机的轴承室公差选取
轴承室内径（mm)	轴承室公差（mm）
>30-50	0～+0.02
>50-80	0～+0.022
>80-120	0～+0.025
>120-160	0～+0.029

表1

表2 根据以往检修记录，得出轴承参数的平均值

参照表2，计算得出间隙S=319.996-319.982=0.014mm;参照表1，间隙S在轴承室公差0～+0.029范围内。但是，由于轴承室公差范围较大，在范围内不一定符合设备实际公差要求，所以，需要精确的计算，到底间隙S取多少，才能符合某厂一次风机电机的实际需要。

4.2 间隙的S的计算

4.2.1 数据统计

根据现场实践测量得出，电机轴承加油脂后的比环境温度高8℃（与同类型电机比较），即△t=8℃，只要间隙S满足8℃温升膨胀的要求，轴承温度就不会进一步恶化。轴承外径D1=319.982mm，轴承室内径D=319.996mm，轴承内径d=149.964mm，根据SKF《轴承综合型录》得出，d1=205mm,轴承外圈厚度H=205mm-150mm=55mm。根据查阅资料，轴承膨胀系数取钢的膨胀系数a=13×10-6mm/℃。由于轴承滚珠的膨胀量由轴承滚珠与滑道的间隙抵消，所以轴承滚珠的膨胀量可不计入内。

4.2.2 计算过程

间隙S取决于温升8℃的轴承内外圈的膨胀量，即S=△d1+ △H，其中△d1是轴承内圈膨胀量，△H是轴承外圈膨胀量；根据金属膨胀的计算公式△L=a×L×△t（a为钢的膨胀系数，L为金属长度，△t为温升，△L为金属膨胀量），则

d1= a×d1×△t= 13×10-6×205×8=0.0213 mm--------------------（式1）

H= a×H×△t=13×10-6×55×8=0.0057mm-----------------------（式2）

由式1和式2得出

S=△d1+ △H=0.0213 mm+0.0057 mm=0.027 mm-----------------------（式3）

由式3，我们可以计算出轴承室内径应该为

D′= D1+0.027 mm =319.982 mm +0.027 mm =320.009 mm

5 效果检验

在对轴承室进行扩径处理后运行三个月，对电机检查，轴承运行良好，滚珠保持架与滑道无磨损。注油时温度上升仅有5—10度属正常范围。在一期其他机组检修过程时对另外几台电动机进行同样处理也达到了预期的效果。

参考文献

【1】 郭惠俊.SKF轴承综合型录.上海科学技术文献出版社，1994.

【2】 李立碑 孙玉福. 金属材料的热膨胀系数. 机械工业出版社，2011.