唐萊智　林森　孟青春

（海南核電（diàn）有限公司，海南昌江　572700）

　　【摘　要】基於核安全要求，核電廠（chǎng）需要多種係統運行支持其（qí）穩（wěn）定安全運行，而這些（xiē）係統中包括了大量的電機設備，通過（guò）對電機（jī）設（shè）備故障長（zhǎng）期的大數據（jù）歸納可以看出，電機設備的損害很大一部分（fèn）是其轉動要件――軸承的失效（xiào）造成。本文通過對一（yī）些典型的軸承失效案例進行剖析，找出軸承失效的原因，為保證此類部件的保養維護以及電機設備（bèi）的長久穩定工作提供借鑒。

　　【關（guān）鍵詞】電機；軸承；振動
　　1　軸承失效說明
　　1.1軸承失效原（yuán）因（yīn）
　　根據Z新的軸承壽命理論可知，隻要軸承（chéng）在特殊的工作條件地，當軸承的滾動麵（滾動（dòng）體（tǐ）及滾道）之間有（yǒu）一層（céng）限製汙染物且能有效地分隔（gé）的油膜時，在理想狀況下，就（jiù）能避免軸承的表麵破壞，以達到良好的運（yùn）行（háng）狀（zhuàng）態，延長軸承的使用壽命。但在實（shí）際的運用過程中，經常會出現軸承失效的問題，軸承損壞的原因（yīn）有：超負荷（hé）運行；裝配配合過緊造成軸承（chéng）間隙減小；軸承室密封不嚴混入汙染物；電（diàn）機轉動部（bù）件不平衡衍生的（de）振動等。不管何種因素造成軸承失效都會在軸承的上呈現與（yǔ）之相對應的（de）損壞痕跡。找（zhǎo）出這（zhè）些軸（zhóu）承損（sǔn）壞的痕跡便可反（fǎn）推（tuī）出失效的原因，再采取相應的對策。
　　1.2軸承（chéng）失（shī）效發展過（guò）程
　　軸（zhóu）承開始失效的表現是會出現材料疲勞現象，當軸承生產出廠到（dào）出現個材料（liào）疲勞的時間長短與軸承的存（cún）放、軸承使用（yòng）工（gōng）況的轉數（shù）、負荷大小、潤（rùn）滑品質有關。在負載表麵下出（chū）現的周期性剪應力會（huì）造成疲勞，再運行一定時間後，這些剪應力就會發展（zhǎn）成一些細微的裂損然後延伸到軸承的材料表麵。軸承運轉時滾動體會擦過這些裂痕，裂痕附近就會出現材料脫落。雖然Z開始這種脫（tuō）落情況很輕微，但隨（suí）著應（yīng）力和裂痕材料增加，會導致材料脫落麵積不斷增（zēng）加，達到在一定程度後缺陷（xiàn）就會在軸承運轉的振動和噪音方麵表現出來，Z終導致軸承失效不可用。
　　2　核電廠（chǎng）某電機軸承典（diǎn）型失效案例分析
　　其中核電廠的電機設備軸承失效（xiào）大體上來說有30%屬於疲勞損傷，40%屬於潤滑（huá）不（bú）良，30%屬於軸承被染或裝配不當。下麵（miàn）就0SEP601MO故障案例分析其軸承失效原（yuán）因。
　　2.1故障描（miáo）述
　　2013年5月8日，淡水廠0SEP601MO電動（dòng）機故障跳閘，同時上一（yī）級（jí）電源櫃0SEP401AR跳（tiào）閘，進一步檢查發現電（diàn）動機卡澀無法轉動，隨後對電動機進行解體檢查處理，檢查其損壞情況如下：
　　在靠近非驅動端端部電動機定子與轉子有掃（sǎo）膛現象，鐵芯有（yǒu）損傷，定子磨損嚴重，出（chū）現繞組絕緣被破壞，造成定子（zǐ）繞組接地故障。
　　電動機（jī）驅動端軸承（chéng）嚴重損毀，軸承卡澀（sè）無（wú）法轉動，軸承的（de）保持架嚴重（chóng）變形，軸（zhóu）承裏滾子與（yǔ）軸承內圈完全咬死，無法取出，且軸承的外圈（quān）與滾（gǔn）子間有明顯的磨損。軸承內的（de）油（yóu）脂（zhī）已有炭化現象，在軸承（chéng）腔室內產生大量的黑色結塊。
　　2.2故障分析
　　通過0SEP601MO出現的以上故障現象（xiàng），對電機的驅動端軸承6319損壞列出如下故障模式：
　　1）0SEP601MO為變頻電機，根據用水負荷運行轉速不是恒（héng）定值，0SEP601MO電動機驅動端軸承設計要求的型號為6319型（銘牌要求），查檢修記錄發現，在2012年對電機進行解體時，更換過軸承（chéng），由於（yú）當時需向工程（chéng）現場緊急供水，而備件隻有6319/C3型軸承，所用（yòng）軸（zhóu）承並非遊隙正常，而是C3。選裝了錯誤（wù）規格軸承。
　　滾動軸承內部遊隙的大小直（zhí）接（jiē）關係（xì）到電機運轉過程中的溫振（zhèn）、噪音以及使用壽命（mìng）等。0SEP601MO的使用載荷P/Cr在0.1以下，無（wú）須選用遊隙為C3的軸承，其保持架的耐溫而磨性（xìng）能不適用。因此（cǐ），SEP電動（dòng）機驅動端的軸承規格選型錯誤使其使用壽命大大降低（dī）。
　　2）對於軸承的安裝，采用基軸製過盈配（pèi）合，軸承安裝的過盈量直接影響遊隙的減小量。如果軸承和軸的配合過盈量（liàng）不足（zú），會在配合麵之（zhī）間發生所謂蠕變滑動，隨（suí）著軸承運行期間的磨損或溫度（dù）的升高，發生蠕變的配合麵產生間隙以（yǐ）至出現相（xiàng）對滑動，其（qí）結果會由於磨（mó）損導致軸（zhóu）承和軸的損壞。但如果（guǒ）軸承與軸的配合（hé）過盈量（liàng）過大，則會使軸承原有配（pèi）合（hé）間隙（遊隙）變小，精度降（jiàng）低。當軸承在承受載荷旋轉時，軸承套圈上的應力增大，軸承摩擦發熱情況會較為嚴重，由於外界（jiè）或內在因（yīn）素的影響，如溫升引起的膨脹量、瞬時過載（zǎi）等，會引發軸承出現“咬死”現象（遊隙變化失效）。因此，保證軸（zhóu）承與軸的配合在標準範圍（wéi）是非常重要的。
　　從故障的結果看，軸承內圈與軸產生（shēng）了嚴重的滑（huá）動磨損，並（bìng）且過熱溫度很高（故障後的Z高溫度超過1600℃），軸承保持架損（sǔn）壞（huài）的特征（zhēng）是（shì）在原始位置過熱變形，未有斷裂或脫落跡象。因此，從軸承運行時間和軸徑磨損以及保持架損（sǔn）壞特（tè）征來看，懷疑（yí）軸承配合的過盈量不足。
　　3）軸（zhóu）承潤滑不足，從解體情況來看，軸承（chéng）運轉長期處（chù）於缺油狀態，軸承形成粘著磨損，軸承表麵的狀態惡化。根據保養規程和銘牌信息驅動（dòng）端軸承潤滑周期為2500h，而電機安裝調試完成後還（hái）沒有進行過潤滑加油處理。
　　4）聯軸器（qì）不對中
　　兩軸（zhóu）對中偏心會造成附（fù）加的彎矩，而在轉動一周的過程中，這個彎矩的方向也隨之（zhī）發生周（zhōu）期性變化。在解（jiě）體電機前（qián），對聯軸器的對中情況進行測定，發現有一定的偏心Z大值達到0.19mm，而轉速不到3000r/min的設備要求對中（zhōng）偏差不大於0.1mm，有嚴重偏心的現象（xiàng）。而不對中在嚴重時，會使軸承的油（yóu）膜壓力偏離正常值，進而加大軸承的振動（dòng）值。
　　5）異物汙染
　　由於（yú）當時處於工程建設高（gāo）峰時期，塵（chén）土汙染（rǎn）比較（jiào）嚴重，從電機（jī）外殼（ké）的汙染（rǎn）程度可以看出，電機（jī）所處的工作環境不理想，易造成塵土顆粒進入軸承室裏，不能排入有異物進入的可能性。
　　3　軸承失效結論
　　電動機在之前解體時使用了不符要求型號的（de）軸承，導致軸承承受載荷旋轉運行初期間隙過大，滾動體與內外圈產生碰（pèng）撞。也導致（zhì）軸承套圈上的應力增大，以致軸承在工作麵上形成早期的異常（cháng）磨損，即使在運行初期潤滑脂比（bǐ）較充分，軸承仍可能運行在一個相對（duì）較高的溫度。隨著運行時間的增加，因為溫度的升高，軸承內（nèi）部潤滑（huá）脂性能也會快速下降，從而長期磨損軸（zhóu）承表麵，降低了軸承的疲勞壽命。溫（wēn）度升高（gāo）造成內圈膨脹導致軸承與軸之間出現滑動，內圈與軸發生滑動磨損，以致軸承內部溫度急劇升高，滾子出現咬死甚至部分脫落，保持架也開（kāi）始變形，軸承內套與軸（zhóu）這（zhè）種麵（miàn）與麵的摩擦所產生的（de）熱量更大，使（shǐ）得內圈上兩個滾動體之間的部位因散熱差而導致局（jú）部熔化。並且由於軸承與軸繼續相對摩擦運動產生的異常（cháng）磨損和高溫（wēn）將軸（zhóu）承內圈內表（biǎo）麵和軸頸磨損成環狀槽（cáo）溝。
　　軸承與軸徑出現嚴重磨損後，電動機轉子出現動不平衡，隨故（gù）障的發展Z終形成轉子掃膛。掃膛破壞該處繞組的（de）絕緣，從而造成了定子繞組的接地短路故障。隨後（hòu）保護動作，電動機的電源開關跳閘。
　　4　後續電機軸承關注問題
　　4.1加強電機軸（zhóu）承的狀態監測
　　在對電機的日常巡檢中，除了測量其振動（dòng）值是否（fǒu）超標外，還要（yào）加強軸承（chéng）溫（wēn）度（dù）的（de）測量。當出（chū）現溫振值（zhí）異常（cháng）升高的情況（kuàng）時，要進行電（diàn）機參數的全麵測量，包括電氣和機械（xiè）參數，如振動、溫度、分貝值、電壓、電流，振動方麵盡可能進行（háng）頻譜分析。提早發（fā）現異常，以防（fáng）軸承失（shī）效情況蔓延。
　　4.2優化添（tiān）加油脂周期（qī）
　　電（diàn）機銘牌雖然標（biāo）示的是2500小時的加油周期，但根據SKF軸承保養手冊給出的（de）潤滑（huá）壽命期限是，6319軸承的潤滑周（zhōu）期在正常負（fù）荷的工況下是1200小時。除了正常添加油脂外，還要注意（yì）排掉軸承腔室內的廢油，避免油脂過多造成軸承滾動麵之間的擠壓。
　　總之，要（yào）延長滾動軸承的使用壽命，不僅要靠軸承生產的高質量，還要靠正確地裝配（pèi），合理（lǐ）地（dì）使用以及精心的維護。盡量避免因人（rén）為（wéi）的或外界因素給軸承帶來損害。
　　【參考文獻】
　　[1]楊瑞.交流感應異步電機振動故障診斷新技（jì）術[J].中國設（shè）備工程（chéng），2005（5）.
　　[2]SKF.軸（zhóu）承保養手冊，2006（2）.

來源：《科（kē）技視界》2016年第21期