□孫 杰 付 勇 白 川 陳 淼 周仕雄

一、概述

循泵電機(jī)屬于6kV立式電機(jī)，循泵電機(jī)重量達(dá)30T，此電機(jī)依靠上部推力軸承和上下兩徑向軸承承受軸向力和徑向力。循泵電機(jī)由專業(yè)廠家進(jìn)行解體檢修，電機(jī)廠工作負(fù)責(zé)人按照規(guī)程嚴(yán)格執(zhí)行，更換推力軸承、上部徑向軸承和下部徑向軸承等易損件。

圖1 循泵電機(jī)上部軸承部位結(jié)構(gòu)圖

循泵電機(jī)上部軸承部位結(jié)構(gòu)見圖1，檢修過(guò)程中拆除推力軸承發(fā)現(xiàn)有拉傷情況，更換新的推力頭，新的推力頭上機(jī)床校檢調(diào)檢查，所有數(shù)據(jù)≤0.05mm，滿足運(yùn)行要求；按照質(zhì)量計(jì)劃、檢修規(guī)程和以往檢修經(jīng)驗(yàn)對(duì)軸承狀況、軸承箱、轉(zhuǎn)子跳動(dòng)和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡分別進(jìn)行檢查，所有數(shù)據(jù)≤0.10mm，軸承位置跳動(dòng)≤0.03，最終不平衡量≤15g，均滿足運(yùn)行要求，其他均無(wú)異常，排除因零部件尺寸精度而引發(fā)推力軸承問(wèn)題的可能性。

二、原因分析

循泵電機(jī)在廠家完成解體檢修工作后，進(jìn)行4個(gè)小時(shí)空載試驗(yàn)(2小時(shí)低速試驗(yàn)和2小時(shí)高速試驗(yàn))，電機(jī)情況良好，滿足出廠試驗(yàn)要求。循泵電機(jī)從上海運(yùn)至核電廠現(xiàn)場(chǎng)海水泵房，循泵電機(jī)空載再鑒定試驗(yàn)，但是電機(jī)啟動(dòng)后其推力軸承溫度急劇升高，約10分鐘內(nèi)達(dá)到81℃，軸承箱外殼溫度也明顯偏高，而上、下部徑向軸承和電機(jī)繞組溫度均穩(wěn)定正常，隨后馬上停運(yùn)電機(jī)。

(一)對(duì)推力軸承進(jìn)行解體檢查。將推力軸承上蓋拆除后，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油已經(jīng)發(fā)黑變質(zhì)，并有鐵屑(見圖2)；隨后拆除推力頭和推力軸承，檢查發(fā)現(xiàn)推力軸承外圈滾道發(fā)黑，并伴有高溫導(dǎo)致發(fā)藍(lán)現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)明顯磨損痕跡(見圖3)。

圖2 推力軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油中含有鐵屑 圖3 推力軸承外圈發(fā)黑并伴有發(fā)藍(lán)現(xiàn)象

發(fā)現(xiàn)滾子大端面和內(nèi)環(huán)接觸面存在明顯磨損痕跡，滾子側(cè)面存在明顯的軸向摩擦亮痕，局部(幾乎每顆滾子均有)存在明顯的滑動(dòng)磨痕。

更換新軸承后，再次啟動(dòng)循泵電機(jī)進(jìn)行空載再鑒定，經(jīng)過(guò)連續(xù)4小時(shí)運(yùn)行，推力軸承溫度穩(wěn)定在58℃，其他所有性能參數(shù)均穩(wěn)定正常，循泵電機(jī)滿足運(yùn)行要求。

(二)運(yùn)輸環(huán)節(jié)調(diào)查。備用循泵電機(jī)運(yùn)輸使用專用轉(zhuǎn)子固定支架安裝于電機(jī)下部軸頭使整個(gè)轉(zhuǎn)子往下拉，首先使槽鋼和電機(jī)轉(zhuǎn)子靠背輪用螺桿固定，然后通過(guò)螺桿使槽鋼與循泵電機(jī)座連接在一起，并用扳手使上下螺母擰緊，最后擰緊靠背輪與槽鋼下部連接螺母，使循泵轉(zhuǎn)子往下拉，支架固定方式見圖4。

圖4 循泵電機(jī)支架固定示意圖

(三)原因分析。根據(jù)軸承手冊(cè)，得知該推力軸承的建議油位高度為軸承外圈高度的0.6～0.8倍(即24～32mm)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，油視窗中線對(duì)應(yīng)的真實(shí)油位高度為軸承外圈端面(高度40mm)往下5mm，即35mm，滿足廠家要求。

對(duì)大修現(xiàn)場(chǎng)保留的2CRF001MO軸承溫度高燒毀時(shí)的油樣進(jìn)行了分析，含水量是41ppm(廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)是300ppm)。含水量滿足軸承使用要求，可排除潤(rùn)滑油中含水量大導(dǎo)致潤(rùn)滑不足滾子打滑的原因。

該推力軸承的最小負(fù)荷要求是0.3t。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)際重量是10.35t，遠(yuǎn)大于軸承的最小負(fù)荷要求，可排除軸承負(fù)荷小導(dǎo)致潤(rùn)滑不足滾子打滑的原因。

根據(jù)軸承滾子端面損傷情況，無(wú)法排除運(yùn)輸過(guò)程中轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)導(dǎo)致滾子大端面與擋圈碰撞產(chǎn)生損傷，后續(xù)空載試驗(yàn)過(guò)程中形成前面照片顯示的磨損痕跡。

由于保持架為不規(guī)則形狀，難以定量檢測(cè)，無(wú)法排除運(yùn)輸后變形的可能。

為佐證運(yùn)輸對(duì)保持架造成損傷，將該電機(jī)翻新期前換下的舊推力軸承進(jìn)行拆解。軸承拆解后滾子大端與內(nèi)圈無(wú)滑動(dòng)磨損痕跡，無(wú)明顯磕碰或壓痕，證明正常運(yùn)行時(shí)軸承滾子與內(nèi)圈無(wú)滑動(dòng)磨損，而昂電車間的電機(jī)運(yùn)輸后首次空載試驗(yàn)軸承均發(fā)現(xiàn)有磨損。由此可以證明運(yùn)輸過(guò)程對(duì)軸承保持架造成了損傷。

滾子大端無(wú)磨損痕跡 軸承內(nèi)圈無(wú)磨損痕跡圖5 正常運(yùn)行軸承滾子與內(nèi)圈磨損情況

三、解決方案及效果

分析電機(jī)運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)子固定支架存在設(shè)計(jì)缺陷，不能有效限制電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向和徑向竄動(dòng)，無(wú)法消除運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸、急剎對(duì)軸承的影響，導(dǎo)致電機(jī)上部推力軸承受損。

設(shè)計(jì)一種新型運(yùn)輸支架，由三部分組成：上部固定支架、頂升裝置、運(yùn)輸?shù)鬃?。本運(yùn)輸工具的使用方法是：上部固定支架將循泵電機(jī)轉(zhuǎn)子定中心，并把轉(zhuǎn)子徑向固定，防止轉(zhuǎn)子徑向擺動(dòng),用頂升裝置將整個(gè)轉(zhuǎn)子抬起，使推力軸承滾柱與外圈分離，并防止轉(zhuǎn)子底部徑向擺動(dòng)，計(jì)算支架強(qiáng)度、支承與連接剛度使其滿足運(yùn)輸要求，增加運(yùn)輸過(guò)程中轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

1.上部固定支架 2.電機(jī) 3.頂升裝置 4.運(yùn)輸?shù)鬃鶊D6 循泵運(yùn)輸支架總裝圖

(一)凸臺(tái)撓度計(jì)算。

l=540mm

q=100/0.54=185.185kn/m

EI=πd4/64=(3.14*544)/64=417,181cm4=417,181*104mm2

Ymax=5ql4/(384EI)

=5*185.185*5404/(384*417,181*10,000)

=0.234mm

所以凸臺(tái)止口高度設(shè)計(jì)為10mm可以滿足使用需求。

強(qiáng)度計(jì)算：

屈服強(qiáng)度為345MPa進(jìn)行計(jì)算

截面積為S=335.352cm2

故凸臺(tái)不會(huì)產(chǎn)生塑形變形的最大荷載為：335.352×3,450=1156964.4kg

本電機(jī)轉(zhuǎn)子重量為10,000kg，計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)大于此重量，故不會(huì)產(chǎn)生塑形變形，此型材符合強(qiáng)度要求。

(二)上部支架80號(hào)鋼強(qiáng)度計(jì)算。工字鋼的材料為Q235，查機(jī)械手冊(cè)其材料的屈服強(qiáng)度235MPa=2,350kg/cm2

80*80*4方管經(jīng)計(jì)算得其截面積為6.24cm2

故80*80*4方管不會(huì)產(chǎn)生塑形變形的最大荷載為：2,350×6.24=14,664kg

本電機(jī)轉(zhuǎn)子重量為10,000kg，計(jì)算結(jié)果大于此重量，故不會(huì)產(chǎn)生塑形變形，此型材符合強(qiáng)度要求。

通過(guò)6次應(yīng)用新運(yùn)輸支架從檢修廠家將循泵電機(jī)運(yùn)回，空載和帶載試驗(yàn)一次性合格。避免軸承損傷，節(jié)約了更換新推力軸承和延誤大修啟機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

四、結(jié)語(yǔ)

分析循泵電機(jī)推力軸承燒毀是由于電機(jī)運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)子固定支架存在設(shè)計(jì)缺陷，不能有效限制電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向和徑向竄動(dòng)，無(wú)法消除運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸、急剎對(duì)軸承的影響，導(dǎo)致電機(jī)上部推力軸承受損。

重新設(shè)計(jì)循泵電機(jī)運(yùn)輸支架，通過(guò)設(shè)置上部固定支架，使得電機(jī)軸上部無(wú)法沿徑向擺動(dòng)，能夠防止推力軸承滾子與軸承保持架碰撞而損壞，通過(guò)設(shè)置頂升橫梁，使得推力軸承滾子與軸承保持架脫開，防止電機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中軸承滾子與軸承保持架碰撞變形，使電機(jī)空載和帶載試驗(yàn)一次性合格，保證了循泵電機(jī)的運(yùn)輸要求，增加了運(yùn)輸過(guò)程中轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，節(jié)約了更換新推力軸承的成本，減少了延誤大修啟機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失。