高压电动机滑动轴承改为滚动轴承的探索与实践

　　摘 要： 制粉系统是发电过程的关键环节，磨煤机驱动功率大，稀油润滑的电动机轴瓦维护量大，附属设备复杂，运行可靠性差，其中磨煤机电动机对制粉系统的安全运行起着重要作用，将轴瓦润滑改为轴承润滑以确保磨煤机电机正常运转是本文所要探讨的课题。

　　关键词：高压电动机 发电厂 制粉系统 磨煤机电动机 轴瓦 轴承 油脂

　　The high pressure electric motor glide bearings changes to the quest and fulfillment that rolls over bearings

　　Li zhong jun

　　（Big nations Tang gives a gram to give to generate electricity limited liability company， Inner Mongolia gives a gram to give， 010206）

　　Abstract：make powder system is the key link that generates electricity process， whet coal machine to drive power big， the sparse oil lubricates of the dynamoelectric crankshaft tile maintenance have great capacity， the subsidiary equipments is complicated， circulate credibility bad， whet among them the coal machine's electric motor has already emphasized to want a function to the safe movement that makes powder system， the stalk tile lubricate to change to the bearings lubrication whets by ensuring coal machine the electrical engineering revolves to is wanted by this text to inquire into as usual of topic.

　　Keyword：high pressure electric motor；Power plant；Make powder system；Whet coal machine electric motor；Stalk tile；Bearings；Grease.

　　中图分类号：TM357 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0255-02

　　引言：火力发电厂磨煤机是重要的制粉设备，是锅炉稳定燃烧的基本保障，传统大容量磨煤机配备的高压电动机多采用滑动润滑的轴瓦形式，稀油润滑的轴瓦结构复杂且需配备稀油站和消防水等，当发生断油、压力不足及循环不畅时会导致轴瓦损坏，而此类故障不能提前判断，如改为滚动轴承可简化系统，取消稀油站和消防水系统，滚动轴承如发生缺陷会有老化趋势并可提前进行监测，从根本上提高了电动机运行可靠性。

　　一、设备简介

　　发电厂使用的高压电动机一般具有功率大、可靠性要求高、运行环境多变等特点，在锅炉侧使用的磨煤机驱动电机由于粉尘浓度大、环境温度高等不利因素的影响，采用稀油站配合轴瓦润滑的电动机运行稳定性差、故障率较高。对比滚动轴承润滑的电动机在可靠性和维护量方面均存在较大差距。

　　大唐国际托克托发电有限责任公司现有8台600MW和2台300MW机组，其中一期2*600MW机组共配备了12台磨煤机，驱动电机型号为YNKQ560-6北京电力设备总厂生产；额定电压6000V；功率630KW，卧式；主要结构特性为：驱动端和非驱动端采用轴瓦并使用稀油循环润滑方式，润滑油为32号透平油，轴承箱两侧各有1个油位观察窗，稀油站配有2台0.75KW油泵电机，平时一用一备，油站设就地控制箱及压力表、电磁阀、油循环管路等；另外在油站周围安装了消防水系统。

　　二、概况

　　1.托电一期磨煤机电机自2003年机组投产以来瓦温一直较高，特别是在夏季，两侧瓦温高达65℃以上，个别电机温度高达80℃。为了降低轴瓦温度我们采用经常切换磨煤机、在电机两端加装轴流风机强制冷却轴瓦箱体、打开电机本体通风孔等措施。但收效甚微，为此我们提出了改造一期磨煤机电动机润滑方式的设想。根据轴瓦的结构、润滑原理和方式分析导致电机轴瓦温度升高的原因主要有以下几个方面：1、油泵出力不足导致循环油量减少，而轴瓦冷却效果与额定循环油量成正比关系。2、油环旋转带上来的油量太少，在下瓦的接触面上无法形成一定厚度的油膜，造成轴瓦温度偏高。3、轴承箱与电机本体距离较近（只有15mm），轴承箱周围的环境温度较高，且轴承箱内润滑油温度不断升高，润滑油热量无法通过循环散发，加剧了轴瓦温度的升高。4、润滑油的运动粘度和承载力可通过热平衡方程来说明，轴瓦内油循环系统的平衡方程为：

　　Q入-Q出=Cm△t

　　式中：C――为润滑油的比热

　　m――为润滑油的质量

　　Q入――为轴瓦与轴颈产生的热量

　　Q出――为润滑油通过轴承箱向回油管输出的热量

　　△t――为温度增量

　　当轴承箱内油位正常时，Q出虽然随着油温的上升有所增加，但当Q入>Q出时，△t的不断增加引起油的粘度降低，影响油膜的形成，当温度达到某临界值时，油膜承压能力有所下降，低于轴颈的压力，将破坏油膜，如此恶性循环，造成轴瓦的温度急剧上升导致烧损轴瓦。为了限制轴瓦的温度上升，即式中△t的上升，理论上可以采取的措施：一是提高Q出；二是增加m，在规范允许范围内，使Q入与Q出达到平衡，这就要求循环油系统无论是在流量、压力、速度、纯净度等方面都保持在一定的范围内，而这些条件在炉侧高粉尘、高温环境、连续运行的工况下很难维持。 　　2.轴瓦电机配套的稀油站等附属设备繁杂，增加了日常维护量和运行成本，复杂的供油系统造成故障率升高又使环境存在污染。

　　综上所述，取消轴瓦润滑改为封闭性好、运行可靠、维护方便的滚动轴承是解决问题的一种重要尝试。

　　三、滚动轴承性能和应用分析

　　滚动轴承是机械传动中应用非常广泛的一类机械元件，它一般由滚动体、内圈、外圈和保持架四大件组成。当轴承工作时，往往是内圈（外圈）转动而另外一个套圈保持固定，滚动体沿着滚道既作自转又作公转运动，保持架随着滚动体的公转而作圆周运动，其运动状况主要是滚动兼滑动摩擦。正常的润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温度、振动等有显著的改善作用，滚动轴承润滑一般可以根据使用的润滑剂种类分为油润滑、脂润滑和固体润滑三大类。下面就滚动轴承的三种润滑方式及各自润滑所具有的特点、应用场合进行详细论述：

　　1.油润滑

　　当滚动轴承在高温、高速条件下工作时，须采用机油润滑。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油和汽缸油等。当采用机油润滑时，润滑油的粘度大小是形成润滑油膜好坏的前提，为使滚道与滚动体接触表面间形成足够厚度的润滑油膜，机油粘度应保证在工作温度下不丧失其最低粘度。故在选择润滑时，其机油粘度应保证在运行温度下能为轴承提供足够的润滑。一般来说，轴承的转速高时选用低粘度的润滑油；轴承承受的负荷重时则应使用较高粘度的润滑油。

　　2.脂润滑

　　脂润滑不需要特殊的供油系统，具有密封装置简易、维修费用低以及润滑脂成本较低等优点，在低速、中速、中温运转的轴承中使用很普遍。特别是近年来抗磨添加剂的问世及不断发展，提高了脂的润滑性能，使脂润滑得到了更广泛的应用。最常用的润滑脂有钙基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。不同的润滑脂在物理机械性能及适应温度等方面存在较大的差异。应根据不同的工况条件选择适当的润滑脂种类以满足其使用要求，在实际生产中进行润滑脂的选择时，主要应按工作温度、轴承负荷和转速三个方面进行考虑。

　　3.固体润滑

　　如果使用油润滑和脂润滑达不到轴承所要求的润滑条件，或无法满足特定的工作条件时，则可以使用固体润滑剂，或设法提高轴承自身的润滑性能。在满足使用条件下，将少量固体润滑剂加入润滑脂中，如加入3～5%的1号二硫化钼可减少磨损，提高抗压耐热能力，对于高温、高压、高真空、耐腐蚀、抗辐射，以及极低温等特殊条件，把固体润滑剂加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自润滑性能的轴承零件，如用粘结剂将固体润滑剂粘结在滚道、保持架和滚动体上，形成润滑薄膜，对减少摩擦和磨损有一定效果。

　　可以看出，轴承润滑方式的选择应是一个综合性的判断过程，要做出对轴承的合理润滑，必须从机械结构、轴承安装的部位、轴承承受载荷的轻重以及具体生产环境等各种因素进行综合考虑，才能有效的扬长避短。

　　四、解决磨煤机电机滚动润滑的方案

　　通过多方面考察，在与上海一电机等生产厂家沟通咨询并得到公司领导的大力支持下，提出改造方案如下：1、 技术改造时，不改变现电动机传动部分和定子部分，不用加工轴颈两侧的轴肩，不动轴承座底板，只更换新轴承座，增加密封件和滚动轴承，轴承衬套。 2、 取消现磨煤机电动机的稀油站，每季度打一次润滑脂，管理方便，现场干净。 3、 正常工况，10年不用更换主轴承，日常无维修，节约了大量的人力物力，不会因检修轴瓦而停机耽误生产。 4、 技改后，节约电量17～23%，节约润滑油70%，综合节能20%以上。具体的改造如下：

　　1.更换转子，重新设计加工转子主轴。

　　（电机转子主轴）

　　2.更换电机前后端盖，重新设计铸造端盖。

　　（电机前端盖）

　　（电机后端盖）

　　3.加工轴承油室的内外油盖。

　　（电机前后外油盖）

　　4.由于原电机风扇设计尺寸不适合改轴承后的散热能力，需要重新加工风扇叶。

　　（电机风扇叶片和叶轮）

　　5.鉴于磨煤机电机属于重载设备，在驱动端使用两套轴承，即在6230轴承基础上再增加一套NU2230轴承达到提高支撑强度的作用。为了更好的解决轴承密封问题，采用密封脂密封，在轴承座两侧端盖出轴处设计有密封环，密封环的内、外设有油槽，另外设计密封套与密封环配合，油槽内充满密封脂，密封脂系“柔性”材料，任何情况下都能与轴很好地贴合。不会增加摩擦阻力，又经济、简单，使用效果十分理想。中空轴端到轴颈有一定地锥度，轴承发热润滑油变稀外串，有利于轴承座内部的清洁。

　　五、轴瓦和轴承性能对比、应用效果

　　滚动轴承和滑动轴承的区别首先表象在结构上，滚动轴承是靠滚动体的转动来支撑转动轴的，因而接触部位是一个点，滚动体越多，接触点就越多；滑动轴承是靠平滑的面来支撑转动轴的，因而接触部位是一个面。其次是运动方式不同，滚动轴承的运动方式是滚动；滑动轴承的运动方式是滑动，因而摩擦形势上也就完全不相同。轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下，可以用木材、塑料或橡皮制成。也叫“轴衬”，形状为瓦状的半圆柱面。

　　滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用，如果由于润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足以将其烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦，烧瓦后滑动轴承很难恢复。

　　六、改造后效果

　　1.可靠性

　　托电一期磨煤机电机由轴瓦改为轴承后运行至今7个月，效果非常理想，其温度最高时仅为54℃，比使用轴瓦时降了11℃，改造后拆除了原有的稀油站和就地控制箱，使故障率接近为零。极大的提高了磨煤机电机的安全性、可靠性。系统简化后，日常维护量大大减少，只需要定期对轴承的温度、声音、振动等检测和及时补充油脂即可满足电动机安全稳定运行。 　　2.节能效果显著

　　磨煤机电机由原轴瓦磨擦接触改为轴承滚动接触，使电动机运转阻力小，起动节能65-75%，正常运转节能17-23%。轴承采用干式润滑，一对轴承可使用寿命5-10万小时，每年节省检修工时300小时以上，实际提高运转率30-40%比轴瓦使用寿命高出5-10倍。磨煤机电动机（630KW）由轴瓦改为轴承后，因为摩擦力、通风阻力等下降后，使带负荷时电流平均下降5A左右，另外拆除了油泵电动机（0.75KW）和就地控制箱内的接触器等电器元件，节省的电能可按照简单公式计算为：因W=P×T（kw.h）所以节省的总功率P=（√3×6000×5×0.87）×10-3+0.75）×24×30×12=397064（kw.h），从上式可看出每台磨煤机电机一年内可节约397064（kw.h）电能，按每KW厂用电0.32元计算每台电机可节省397064×0.32=12.7060万元，一期12台磨煤机电机全年节省12.706×12=152万元，而改造12台电机所有费用合计101.4万元，不到一年内就可全部收回改造成本。

　　3.减少环境污染

　　托电公司一期磨煤机电机使用滚动轴承代替滑动轴承降低了能耗，解决了大负荷下的轴承寿命、轴承密封等问题，密封对滚动轴承来说比滑动轴承更重要。发电厂炉侧磨煤机附近的环境差，粉尘可能进入电机轴承室内，这对滚动轴承是十分不利的。我们采用在轴承室外端盖表面开密封油槽并在内外轴承室油盖结合面加装丁氰橡胶板等措施，有效的解决了密封问题，并且不会使轴承发生磨损，增加额外负荷，大大提高了轴承的使用寿命。另外由于拆除了稀油站和周围消防水系统，避免了油站和轴瓦附近泄漏油现象，并使磨煤机电机的附近达到了整齐划一的效果，极大的提高了现场的文明卫生情况。

　　七、结论

　　目前我公司共进行了8台磨煤机轴瓦电机改轴承的改造，经过连续半年多的观测，改造后的电动机运行稳定；温升有明显降低；所受外界干扰少；对季节和运行环境适应能力强，是一次成功的高压电动机轴瓦改轴承的重要尝试。

　　参考文献

　　[1]刘泽久�q滚动轴承应用手册〔J〕�q北京：机械工业出版社2006 .1

　　[2]方希铮编著�q滚动轴承选用指南〔M〕�q广西：广西科学技术出版社 1997.1

　　作者简介：李忠军，男，工程师，电力工程专业，工作单位：大唐国际托克托发电厂设备部，电气高级点检。