軸電流對軸承的危害
2025-05-11
根據(jù)同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)及工作原理，由于定子鐵芯組合縫、定子硅鋼片接縫，定子與轉(zhuǎn)子空氣間隙不均勻，軸中心與磁場中心不一致等，機組的主軸不可避免地要在一個不完全對稱的磁場中旋轉(zhuǎn)。這樣，在軸兩端就會產(chǎn)生一個交流電壓。正常情況下要求機組轉(zhuǎn)動部分對地絕緣電阻大于0.5MΩ,如果在大軸兩端同時接地就可能產(chǎn)生軸電流。
電機帶有載流導(dǎo)線和磁性回路結(jié)構(gòu)，通常會導(dǎo)致軸的磁化或引起脈動磁通。脈動磁通在軸、軸承和機殼形成的回路中感生電壓，于是有軸電流流過回路，軸和滑動軸瓦表面、或滾動軸承和軸承套表面受到損壞，表象為摩擦和發(fā)熱增加、滾動軸承的運轉(zhuǎn)性能惡化等。
軸電壓和軸電流的產(chǎn)生
軸電壓是電動機兩軸承端或電機轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓，交流異步電動機是在正弦交變的電壓下運行的，電動機的轉(zhuǎn)子是在正弦交變的磁場中運行。當電動機的定子鐵心的圓周方向上的磁阻發(fā)生不平衡時，便產(chǎn)生與軸相交鏈的交變磁通，從而產(chǎn)生交變電勢，當電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的磁極旋轉(zhuǎn)，通過各磁場極的磁通發(fā)生了變化，于是就產(chǎn)生了與軸相交鏈的磁通。
隨著磁極的旋轉(zhuǎn)，與軸相交鏈的磁通交替變化，便產(chǎn)生了軸電壓。這種電壓是延軸向而產(chǎn)生的，如果與軸兩側(cè)的軸承直接接觸形成閉合回路，就產(chǎn)生了軸電流。另一方面，電動機在運行過程中，負載方面的流體與旋轉(zhuǎn)體運行摩擦而在旋轉(zhuǎn)體上產(chǎn)生靜電荷，電荷逐漸積累也能產(chǎn)生軸電壓。由這種情況產(chǎn)生的軸電壓和由磁交變所產(chǎn)生的軸電壓在機理上是不同的。
靜電荷產(chǎn)生的軸電壓是間歇的，并且是非周期性的，其大小與運轉(zhuǎn)狀態(tài)、流體的狀態(tài)等因素關(guān)系較大。一般情況下軸電壓只有0.5~2V左右，但因電流回路阻抗很小，所以將有很大軸電流產(chǎn)生，對電機軸承危害很大。
軸電流產(chǎn)生的危害
正常情況下，轉(zhuǎn)軸與軸承間有潤滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對于較低的軸電壓，這層潤滑油膜仍能保護其絕緣性能，不會產(chǎn)生軸電流。當軸電壓增加到一定數(shù)值時，尤其在電動機啟動時，軸承內(nèi)的潤滑油膜還未穩(wěn)定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，構(gòu)成回路，產(chǎn)生各類危害事故。可見軸電壓是內(nèi)在因素，分析軸電流的產(chǎn)生關(guān)鍵得搞清楚軸電壓。
在電動機運行過程中，如果在兩端軸承滾動體和軸承圈之間、或電機轉(zhuǎn)軸與軸承間有軸電流，電機軸承的使用壽命將會大大縮短。輕微的可運行千把小時，嚴重的甚至只能運行幾小時或更短時間，給現(xiàn)場安全生產(chǎn)帶來極大的影響。
1、燒熔滑動軸承低熔點合金
軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點通過，由于該金屬接觸點很小，所以這些點的電流密度大，在瞬間產(chǎn)生高溫，使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，于是在軸承內(nèi)表面上燒出小凹坑或軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。
2、滾動軸承抱死或散架
滾動體表面和軸承圈滾道表面因軸電流的燒蝕，輕者發(fā)熱、溫度異常，重者相互抱死或散架觸發(fā)過流保護停機，甚至導(dǎo)致燒毀電機。因此在使用滾動軸承的大、中型電機，一旦發(fā)生軸承損壞事故，在檢修中要特別注意檢查軸承表面痕跡。凡是軸電流引起的燒傷，在拆出軸承檢查時會發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈跑道上有像搓板樣的條形燒傷痕跡，這是軸電流對滾動軸承破壞的共同特征。
軸電流的防范
針對軸電流形成的根本原因，一般在現(xiàn)場采用如下防范措施：
1、加絕緣隔板
為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生的軸電流，可在非軸伸端軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，切斷軸電流的回路。
對于由靜電荷引起的軸電壓，可以采用在電機負荷側(cè)的軸上加一塊接地碳刷，碳刷接地必須可靠。這樣我們就能隨時地將電機軸上的靜電荷引向大地，使其不能形成軸電壓，避免電荷放電形成的瞬間軸電流。
2、加強絕緣防護
為了避免其他電動機附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，應(yīng)定期細致檢查并加強導(dǎo)線或墊片絕緣，以消除不必要的軸電流隱患。
對于軸與軸瓦之間的潤滑絕緣介質(zhì)油，必須及時檢查潤滑油的純度，發(fā)現(xiàn)油中帶水必須進行過濾處理，否則油膜的絕緣強度不能滿足要求，容易被低電壓擊穿。另外，我們還要保持絕緣墊的干凈和干燥，切實使絕緣墊起到絕緣的作用。
有時軸電流作用在電機軸承上引起軸承燒損的事故不會引起人們的注意。在發(fā)生軸承燒損事故時，往往只注意從機械配合方面考慮。更換新軸承后，因為電機的軸電流并沒有消除，又引起軸承燒損事故，造成不必要的損失。
事實上交流大型電動機產(chǎn)生軸電壓是不可避免的，由軸電壓形成的軸電流對設(shè)備的危害是嚴重的，因此必須采取切實可行的措施防止軸電流的形成，最大程度地降低軸電流對設(shè)備的 損傷。一般通過以上處理，大多電動機的軸電流微乎其微，已對電動機構(gòu)不成實質(zhì)上危害。
來源：船舶講武堂
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