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(chǎng)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(duì)稱的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)。這樣,在軸兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流電壓。正常情況下要求機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)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(huì)導(dǎo)致軸的磁化或引起脈動(dòng)磁通。脈動(dòng)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(guò)回路,軸和滑動(dòng)軸瓦表面、或滾動(dòng)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(dòng)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(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,交流異步電動(dòng)機(jī)是在正弦交變的電壓下運(yùn)行的,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是在正弦交變的磁場(chǎng)中運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)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(shì),當(dāng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極旋轉(zhuǎn),通過(guò)各磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)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(duì)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(rùn)滑油膜的存在,起到絕緣的作用。對(duì)于較低的軸電壓,這層潤(rùn)滑油膜仍能保護(hù)其絕緣性能,不會(huì)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),軸承內(nèi)的潤(rùn)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??梢娸S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(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,如果在兩端軸承滾動(dòng)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(huì)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(chǎng)生產(chǎn)帶來(lái)極大的影響。
1、燒熔滑動(dòng)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(guò),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(dòng)軸承抱死或散架
滾動(dòng)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(guò)流保護(hù)停機(jī),甚至導(dǎo)致燒毀電機(jī)。因此在使用滾動(dòng)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(huì)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(duì)滾動(dòng)軸承破壞的共同特征。
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、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(duì)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(dòng)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(duì)于軸與軸瓦之間的潤(rùn)滑絕緣介質(zhì)油,必須及時(shí)檢查潤(rùn)滑油的純度,發(fā)現(xiàn)油中帶水必須進(jìn)行過(guò)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(huì)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(méi)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(dòng)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(duì)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,大程度地降低軸電流對(duì)設(shè)備的損傷。一般通過(guò)以上處理,大多電動(dòng)機(jī)的軸電流微乎其微,已對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)不成實(shí)質(zhì)上危害。