軸電流對軸承的危害
2025-05-11
根據(jù)同步發(fā)電機(jī)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(jī)組的主軸不可避免地要在一個(gè)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(gè)交流電壓。正常情況下要求機(jī)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(shí)接地就可能產(chǎn)生軸電流。
電機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓，交流異步電動機(jī)是在正弦交變的電壓下運(yùn)行的，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是在正弦交變的磁場中運(yùn)行。當(dāng)電動機(jī)的定子鐵心的圓周方向上的磁阻發(fā)生不平衡時(shí)，便產(chǎn)生與軸相交鏈的交變磁通，從而產(chǎn)生交變電勢，當(dāng)電動機(jī)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(jī)在運(yùn)行過程中，負(fù)載方面的流體與旋轉(zhuǎn)體運(yùn)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(jī)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(yùn)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(jī)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(hù)其絕緣性能，不會產(chǎn)生軸電流。當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，尤其在電動機(jī)啟動時(shí)，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(jī)運(yùn)行過程中，如果在兩端軸承滾動體和軸承圈之間、或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間有軸電流，電機(jī)軸承的使用壽命將會大大縮短。輕微的可運(yùn)行千把小時(shí)，嚴(yán)重的甚至只能運(yùn)行幾小時(shí)或更短時(shí)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(diǎn)合金
軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過，由于該金屬接觸點(diǎn)很小，所以這些點(diǎn)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(hù)停機(jī)，甚至導(dǎo)致燒毀電機(jī)。因此在使用滾動軸承的大、中型電機(jī)，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(shí)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(jī)負(fù)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(shí)地將電機(jī)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(qiáng)絕緣防護(hù)
為了避免其他電動機(jī)附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，應(yīng)定期細(xì)致檢查并加強(qiáng)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(shí)檢查潤滑油的純度，發(fā)現(xiàn)油中帶水必須進(jìn)行過濾處理，否則油膜的絕緣強(qiáng)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(shí)使絕緣墊起到絕緣的作用。
有時(shí)軸電流作用在電機(jī)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(shí)，往往只注意從機(jī)械配合方面考慮。更換新軸承后，因?yàn)殡姍C(jī)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(shí)上交流大型電動機(jī)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(yán)重的，因此必須采取切實(shí)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(jī)的軸電流微乎其微，已對電動機(jī)構(gòu)不成實(shí)質(zhì)上危害。
來源：船舶講武堂
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