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探討泵電機(jī)軸電流防護(hù)措施

文檔作者：謝崇富文檔來(lái)源：中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司陽(yáng)江項(xiàng)目部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月16日
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Internal Combustion Engine &amp;amp; Parts
1 軸電流的危害
某電廠變頻改造造成軸電壓升高，滾動(dòng)軸承每周損壞
一次，損壞軸承有大量麻點(diǎn)；國(guó)內(nèi)某大型化肥裝置的合成
氣壓縮機(jī)組（由中壓抽注汽凝汽式蒸汽透平驅(qū)動(dòng)），其透平
的前端軸瓦總是發(fā)生異常磨損，每次檢修都發(fā)現(xiàn)軸瓦間隙
異常超標(biāo)，存在明顯電蝕現(xiàn)象。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果
在兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間有軸電流的存在，那么對(duì)
于電機(jī)軸承的使用壽命將會(huì)大大縮短。輕微的可運(yùn)行上千
小時(shí)，嚴(yán)重的甚至只能運(yùn)行幾小時(shí)，給現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)帶來(lái)
極大的影響，同時(shí)由于軸承損壞及更換帶來(lái)的直接和間接
經(jīng)濟(jì)損失也不可小計(jì)。
2 軸電壓、軸電流的產(chǎn)生
軸電壓是電動(dòng)機(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)
生的電壓。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)扇形沖片、硅鋼片
等疊裝無(wú)法做到完全地一致和對(duì)稱，或者定子或轉(zhuǎn)子空氣
間隙的不對(duì)稱，會(huì)造成在磁路中存在不平衡的磁阻，形成
不對(duì)稱的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)軸周?chē)蛔兇磐ㄇ懈钷D(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸由于渦
流效應(yīng)會(huì)在軸的兩端感應(yīng)出軸向電壓，稱為軸電壓。軸電
壓建立起來(lái)后，一旦在轉(zhuǎn)軸及機(jī)座、殼體間形成通路，就產(chǎn)
生軸電流。
3 軸電流對(duì)軸承的破壞
正常情況下，轉(zhuǎn)軸與軸承間有潤(rùn)滑油膜的存在，起到
絕緣的作用，故軸電流沒(méi)有形成流通路徑，不會(huì)產(chǎn)生軸電
流。但是當(dāng)絕緣油膜尚未成型或者被破壞或者軸承有接
地，且當(dāng)軸電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，軸電壓足以擊穿軸和軸
承之間的油膜而放電；軸電流將從轉(zhuǎn)軸、油膜、軸承座和基
礎(chǔ)支架等外部回路通過(guò)，由于該閉合回路阻抗很小，故電
流密度很大，特別當(dāng)軸電流在軸承和轉(zhuǎn)軸間的金屬接觸點(diǎn)
通過(guò)時(shí)，該金屬接觸點(diǎn)很小，軸電流甚至能達(dá)到上千安培，
在瞬間產(chǎn)生高溫，灼傷軸瓦；當(dāng)潤(rùn)滑油中滲入混入的金屬
微粒后，油膜絕緣阻值降低，加速電火花進(jìn)一步侵蝕擴(kuò)展；
同時(shí)，軸電流的電解作用使?jié)櫥吞蓟?，熔化的金屬微?
和碳化物混入軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)，使?jié)櫥瑒┦艿轿廴?，造成?rùn)
滑劑的性能變差，軸承溫度升高[1]。一般由于轉(zhuǎn)軸硬度及機(jī)
械強(qiáng)度比軸承燒熔合金的高，通常表現(xiàn)出來(lái)的癥狀是軸承
內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。
4 軸電流的防范
針對(duì)軸電流形成的根本原因，一般在現(xiàn)場(chǎng)采用如下防
范措施：①在軸端安裝接地碳刷，以降低軸電位，使接地
碳刷可靠接地，并且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零
電位，以此消除軸電流。②防止軸電流形成的重點(diǎn)在于防
止軸電流回路的形成，為消除軸電壓通過(guò)軸承、軸承座、基
礎(chǔ)支架等處形成回路，往往在非軸伸端的軸承座和軸承支
架處加絕緣隔板，以切斷軸電流的回路。③對(duì)于軸與軸瓦
之間的潤(rùn)滑油，它同時(shí)起到絕緣隔離作用，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其純
度和狀況的例行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油被污染，必須立即
做過(guò)濾或更換處理，否則容易造成軸承甚至設(shè)備的重大損
壞。④軸瓦測(cè)溫線外皮破損導(dǎo)致絕緣下降的同時(shí)，又觸動(dòng)
到轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也會(huì)形成軸電流回路，為了避免其他電動(dòng)機(jī)
附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，往往要求檢修運(yùn)行人員
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[2]。⑤為避免軸電流所引發(fā)的重大設(shè)備事故，宜裝設(shè)軸
電流保護(hù)設(shè)施，它能監(jiān)視絕緣層電阻的下降情況并發(fā)出報(bào)
警信號(hào)，便于運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)查找故障原因并予以排
除，對(duì)于安全生產(chǎn)具有積極意義[3]。
5 案例分析
5.1 泵及泵電機(jī)泵是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，泵采用直立
式、單級(jí)、混流式軸封泵。泵體和電機(jī)分開(kāi)，電動(dòng)機(jī)位于上
部，電動(dòng)機(jī)上設(shè)有飛輪，以增加泵的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)泵斷電
時(shí)，泵仍能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)幾分鐘，保證反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全停堆
或運(yùn)行。泵電機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，電機(jī)極數(shù)為3 級(jí)，額
定工作電壓6600V，名義工作電流666.7A，名義功率
6500kW，用電頻率50Hz。在冷態(tài)工況下，電機(jī)的輸入功率
為8586kW，輸入電流為793 A，電機(jī)轉(zhuǎn)速1500RPM，出口
壓力3800kg/m2。
5.2 主電機(jī)的主要功能部件泵電機(jī)按結(jié)構(gòu)可自上而
下進(jìn)行分解，主要包括六大功能部件和兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的輔
助系統(tǒng)即：飛輪、上部推力軸承、轉(zhuǎn)子、定子、下部導(dǎo)向軸
承、支撐框架和頂軸系油頂升統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)。其中，油
頂升系統(tǒng)油一臺(tái)頂軸油泵、一臺(tái)油冷器及相關(guān)輔助油管構(gòu)
成，連接了泵電機(jī)的上部軸承室和下部軸承室，構(gòu)成一個(gè)
閉合回路，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的頂升、潤(rùn)滑油的冷卻和循環(huán)；空
氣冷卻系統(tǒng)位于泵電機(jī)的中部，主要用于定子散熱。
5.3 泵軸電流防治根據(jù)軸電流的防范措施，防止軸
電流形成的重點(diǎn)在于防止軸電流回路的形成?；诒玫闹?
要性和軸電流對(duì)軸承的破壞性，對(duì)于軸電流的防治，泵電
機(jī)在設(shè)計(jì)上針對(duì)不同部件采取了不同的應(yīng)對(duì)方式，主要通
過(guò)增加絕緣墊板、設(shè)置穩(wěn)定的潤(rùn)滑油絕緣層和嚴(yán)格控制軸
上部件裝配間隙等措施，阻斷軸電流回路連通。
5.3.1 上部推力軸承軸電流防護(hù)處理通常所說(shuō)的將
——————————————————————— 作者簡(jiǎn)介:謝崇富（1980-），男，廣西荔浦人，機(jī)械工程師，研究方
向?yàn)闄C(jī)械技術(shù)及施工。
探討泵電機(jī)軸電流防護(hù)措施
謝崇富
（中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司陽(yáng)江項(xiàng)目部，陽(yáng)江529941）
摘要: 本文介紹了軸電壓、軸電流產(chǎn)生的原因和給電機(jī)帶來(lái)的危害，并結(jié)合泵電機(jī)所采用的電機(jī)形式和具體結(jié)構(gòu)，闡述了泵電機(jī)
如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配上實(shí)現(xiàn)對(duì)軸電流的規(guī)避，保證泵電機(jī)軸承及整機(jī)的安全。
關(guān)鍵詞: 軸電壓；軸電流；軸承室；絕緣；裝配
·41·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
內(nèi)燃機(jī)與配件
軸承與地絕緣，說(shuō)得準(zhǔn)確點(diǎn)應(yīng)該是軸承座與大地絕緣的緣
故。上部推力軸承位于泵電機(jī)上部的軸承室內(nèi)，直接與電
機(jī)轉(zhuǎn)軸接觸，軸承座通過(guò)軸承支架與電機(jī)定子外殼對(duì)接，
定子外殼與主接地干線連接。因此，為消除軸電壓通過(guò)軸
承、軸承座、支撐框架等處形成回路，對(duì)于泵電機(jī)上部推力
軸承，主要通過(guò)在軸承支架和定子保護(hù)外殼之間加裝絕緣
墊板，以切斷軸電流的回路，具體要求如下：
①在制造車(chē)間進(jìn)行上部推力軸承的組裝期間，嚴(yán)格控
制組裝間內(nèi)環(huán)境的溫濕度；
②在絕緣墊板安裝前，做好對(duì)絕緣墊板本體、軸承支
架和定子保護(hù)外殼與絕緣墊板直接接觸的連接面檢查；
③調(diào)整絕緣墊板的安裝位置，確保軸承支架定位銷能
順利就位；
④連接軸承支架和定子保護(hù)外殼，利用500V 搖表檢
查兩者間的絕緣電阻，其阻值必須大于2000 kΩ；
⑤安裝軸承支架絕緣定位銷，再次利用500V 搖表檢
查兩者間的絕緣電阻，其阻值必須大于2000 kΩ。
備注：由于絕緣銷是由金屬部件和絕緣材料部件裝配
而成，絕緣部件材料較脆且易碎，為防止泵電機(jī)在制造廠
調(diào)試完畢后運(yùn)往安裝現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中發(fā)生損壞，出廠前需要
將該絕緣銷更換為金屬銷。待泵電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)就位后再拆除
金屬銷，重新安裝絕緣銷，完成后利用500V 搖表檢查上
部推力軸承的對(duì)地絕緣阻值：如果環(huán)境濕度小于60%，絕
緣電阻應(yīng)不小于100kΩ，如果濕度大于60%，絕緣電阻應(yīng)
不小于3kΩ。
5.3.2 下部導(dǎo)向軸承軸電流防護(hù)處理下部導(dǎo)向軸承
安裝于電機(jī)底部的下部軸承室內(nèi)，軸承室的外殼與定子保
護(hù)外殼相連，定子保護(hù)外殼與接地干線連同。下部導(dǎo)向軸
承在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中主要起到對(duì)轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)向作用，不直接
與轉(zhuǎn)軸連接，因此，要防止軸電流回路的形成就是要確保
軸承和軸之間的絕對(duì)絕緣。因此，對(duì)于下部導(dǎo)向軸承的軸
電流防護(hù)，應(yīng)從下部軸承部件的裝配入手，嚴(yán)格控制裝配過(guò)
程中環(huán)境溫濕度，做好部件的裝配工作，確保各個(gè)裝配間隙
滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，部件的裝配完成后，利用500V 搖表
檢查部件之間的絕緣電阻，其阻值必須大于2000kΩ。
5.3.3 油頂升系統(tǒng)軸電流防護(hù)處理頂軸油泵安裝在
泵電機(jī)的上部，其安裝支座與焊接在上部軸承室外側(cè)的托
架連接，出于對(duì)設(shè)備和人員的保護(hù)，一般將頂軸油泵的電
機(jī)外殼通過(guò)導(dǎo)線與接地干線連接，這同時(shí)也為上部軸承的
軸電流導(dǎo)通提供了一條路徑。因此，參照上部軸承的安裝
方式，在頂軸油泵的安裝設(shè)計(jì)中，在油泵電機(jī)和油泵本體
之間增設(shè)一塊絕緣墊板，將油泵電機(jī)與油泵本體隔絕，切
斷軸電流通過(guò)頂軸油泵的外殼接地保護(hù)系統(tǒng)形成的回路，
保證上部推力軸承的絕緣，其具體組裝要求是：在完成油
泵電機(jī)和泵的連接后，利用500V 搖表檢查頂軸油泵電機(jī)
和安裝托架之間的絕緣電阻，其阻值必須大于2000kΩ。
油頂升系統(tǒng)中，油冷器和與油冷器連接的輔助油管連
接著泵電機(jī)的上部軸承室和下部軸承室，由于下部軸承室
通過(guò)定子保護(hù)外殼已經(jīng)于接地干線連接，要保證上部軸承
室的絕對(duì)絕緣，則必須對(duì)油冷器和輔助油管的安裝進(jìn)行絕
緣處理；同樣參照上部軸承的絕緣設(shè)計(jì)方式，針對(duì)油冷器
和輔助油管，設(shè)計(jì)方同樣采用增加絕緣墊板的方式將其上
下部軸承室進(jìn)行隔離絕緣，其具體做法如下：
①在油冷器安裝前，利用500V 搖表檢查上部軸承室
的對(duì)地絕緣電阻，如果環(huán)境濕度小于60%，絕緣電阻應(yīng)不小
于100kΩ，如果環(huán)境濕度大于60%，絕緣電阻應(yīng)不小于3kΩ；
②在油冷器上部支腿與上部軸承室連接的支座上加裝
一塊絕緣板，并使用8 套雙頭絕緣螺柱進(jìn)行緊固，油冷器下
部支腿直接安裝在下部軸承室的支座上，安裝過(guò)程中特別
是油冷器吊裝就位時(shí)應(yīng)注意對(duì)絕緣板和絕緣螺柱的保護(hù)；
③在油冷器就位完成對(duì)支座螺柱的緊固過(guò)程中，必須
嚴(yán)格按照對(duì)稱緊固的方式分步按規(guī)定力矩值緊固各個(gè)螺
柱，否則若螺柱受力不均，容易將絕緣墊板壓壞或直接損
壞絕緣螺柱；
④油冷器安裝完成，參照第一步步驟和要求利用
500V 搖表檢查上部軸承室的對(duì)地絕緣電阻，若絕緣阻值
滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則進(jìn)行下一步安裝，若絕緣阻值不滿足上
述要求，則需將油冷器拆除，對(duì)各絕緣部件進(jìn)行重新檢查
或者更換，再安裝，再檢查，直至上部軸承室的對(duì)地絕緣電
阻滿足要求為止；
⑤連接輔助油管和上部軸承室的過(guò)程時(shí)，參照上述安
裝方式，在上部軸承室的接口法蘭上增加絕緣墊板，并通
過(guò)絕緣螺栓將其與輔助油管進(jìn)行連接；
⑥嚴(yán)格按照對(duì)稱緊固的順序和規(guī)定力矩值緊固輔助
油管連接螺栓，避免壓壞絕緣墊或損壞絕緣螺栓；
⑦所有輔助油管連接完畢后，參照第一步方式和要求
檢查上部軸承室的對(duì)地絕緣電阻，直至滿足要求為止。
5.3.4 提供穩(wěn)定的軸承潤(rùn)滑油絕緣層油頂升系統(tǒng)的
潤(rùn)滑油在泵電機(jī)運(yùn)行中起到三重作用：冷卻、潤(rùn)滑和頂升。
其中潤(rùn)滑油的冷卻和潤(rùn)滑作用是我們最常見(jiàn)的潤(rùn)滑油所
起到的作用，主要以此來(lái)保證軸承的良好運(yùn)行狀態(tài)。而所
謂頂升作用是指，在泵電機(jī)運(yùn)行前，首先開(kāi)啟頂軸油泵，讓
上部軸承室、油冷卻器和下部軸承室內(nèi)的潤(rùn)滑油循環(huán)起
來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)循環(huán)給軸承室加壓，在垂直方向上將轉(zhuǎn)子頂
升，讓轉(zhuǎn)子懸浮于軸承座之上。當(dāng)油頂升系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，
泵電機(jī)轉(zhuǎn)子被頂升0.06~0.08mm，軸承室內(nèi)軸承部件和轉(zhuǎn)
軸之間形成的間隙了充滿了壓力穩(wěn)定、流速均勻的潤(rùn)滑油
膜，形成一道連續(xù)而穩(wěn)定的絕緣層，切斷了軸電流回路，同
時(shí)它亦減輕了轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦。這一設(shè)計(jì)，改變了
以往由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油膜尚未完全形成或者形成油
膜不均，而容易造成電機(jī)軸承磨損加劇或者損壞的現(xiàn)象。
6 結(jié)束語(yǔ)
泵電機(jī)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，通過(guò)增加絕緣板、設(shè)置間隙和
隔離層等方式，實(shí)現(xiàn)了泵電機(jī)上部軸承的對(duì)地絕緣，限制
了軸電流回路的形成，盡可能地避免軸電流對(duì)電機(jī)軸承的
電蝕現(xiàn)象，保證軸承和整機(jī)的安全運(yùn)行。雖然如此，但作為
這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，它增大了對(duì)設(shè)備部件的裝配要求，
特別是泵電機(jī)軸承組件的制作精度、安裝精度要求。
參考文獻(xiàn):
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