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探討泵電機(jī)軸電流防護(hù)措施

文檔作者：謝崇富文檔來源：中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司陽江項(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，滾動軸承每周損壞
一次，損壞軸承有大量麻點(diǎn)；國內(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），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。在電動機(jī)運(yùn)行過程中，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
于電機(jī)軸承的使用壽命將會大大縮短。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)場安全生產(chǎn)帶來
極大的影響，同時(shí)由于軸承損壞及更換帶來的直接和間接
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。電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于電動機(jī)扇形沖片、硅鋼片
等疊裝無法做到完全地一致和對稱，或者定子或轉(zhuǎn)子空氣
間隙的不對稱，會造成在磁路中存在不平衡的磁阻，形成
不對稱的磁場，轉(zhuǎn)軸周圍交變磁通切割轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸由于渦
流效應(yīng)會在軸的兩端感應(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 軸電流對軸承的破壞
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，故軸電流沒有形成流通路徑，不會產(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，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刍慕饘傥⒘?
和碳化物混入軸承潤滑系統(tǒng)，使?jié)櫥瑒┦艿轿廴?，造成?
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對于軸與軸瓦
之間的潤滑油，它同時(shí)起到絕緣隔離作用，應(yīng)加強(qiáng)對其純
度和狀況的例行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)潤滑油被污染，必須立即
做過濾或更換處理，否則容易造成軸承甚至設(shè)備的重大損
壞。④軸瓦測溫線外皮破損導(dǎo)致絕緣下降的同時(shí)，又觸動
到轉(zhuǎn)動部件，也會形成軸電流回路，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，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，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)動的設(shè)備，泵采用直立
式、單級、混流式軸封泵。泵體和電機(jī)分開，電動機(jī)位于上
部，電動機(jī)上設(shè)有飛輪，以增加泵的轉(zhuǎn)動慣量，當(dāng)泵斷電
時(shí)，泵仍能持續(xù)轉(zhuǎn)動幾分鐘，保證反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全停堆
或運(yùn)行。泵電機(jī)采用直接啟動的方式，電機(jī)極數(shù)為3 級，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)油一臺頂軸油泵、一臺油冷器及相關(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?
要性和軸電流對軸承的破壞性，對于軸電流的防治，泵電
機(jī)在設(shè)計(jì)上針對不同部件采取了不同的應(yīng)對方式，主要通
過增加絕緣墊板、設(shè)置穩(wěn)定的潤滑油絕緣層和嚴(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)處理通常所說的將
——————————————————————— 作者簡介: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
（中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司陽江項(xiàng)目部，陽江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·
萬方數(shù)據(jù)
內(nèi)燃機(jī)與配件
軸承與地絕緣，說得準(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，軸承座通過軸承支架與電機(jī)定子外殼對接，
定子外殼與主接地干線連接。因此，為消除軸電壓通過軸
承、軸承座、支撐框架等處形成回路，對于泵電機(jī)上部推力
軸承，主要通過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)場的過程中發(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)行過程中主要起到對轉(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絕緣。因此，對于下部導(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
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
室的絕對絕緣，則必須對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，安裝過程中特別
是油冷器吊裝就位時(shí)應(yīng)注意對絕緣板和絕緣螺柱的保護(hù)；
③在油冷器就位完成對支座螺柱的緊固過程中，必須
嚴(yán)格按照對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
過絕緣螺栓將其與輔助油管進(jìn)行連接；
⑥嚴(yán)格按照對稱緊固的順序和規(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)定的軸承潤滑油絕緣層油頂升系統(tǒng)的
潤滑油在泵電機(jī)運(yùn)行中起到三重作用：冷卻、潤滑和頂升。
其中潤滑油的冷卻和潤滑作用是我們最常見的潤滑油所
起到的作用，主要以此來保證軸承的良好運(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)的潤滑油循環(huán)起
來，通過系統(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)啟動時(shí)潤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
泵電機(jī)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，通過增加絕緣板、設(shè)置間隙和
隔離層等方式，實(shí)現(xiàn)了泵電機(jī)上部軸承的對地絕緣，限制
了軸電流回路的形成，盡可能地避免軸電流對電機(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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