花成剛　張本練
（安徽馬（mǎ）鋼設備檢修工程有限責任公司，安徽馬鞍山　243000）

　　摘　要：介紹了軸電流產生的原因和解決方案。對馬鋼高速線材16^#預精軋機案例（lì）進行了分析。實踐證明，軸（zhóu）電流不僅影響電機軸（zhóu）承，更會造成軋機齒輪箱軸承損傷。
　　關（guān）鍵詞：電機；軸電流；診斷；齒輪箱；防範（fàn）
　　1　前言
　　在（zài）設備運行過程中，如果在（zài）電動機兩端軸承或與電機轉軸相連的軸承間有軸電（diàn）流的存在，那麽（me）對於電機、齒輪箱軸承的使用（yòng）壽命（mìng）將會大大縮短。由（yóu）於轉子帶（dài）電引起（qǐ）軸電（diàn）流並造成機器元件損（sǔn）傷的情況，較早出現在發電（diàn）機組（zǔ），故一般把軸電流形成的原因與電磁效應聯係起來。隨著大型石油、化（huà）工裝置，特別是高速軋（zhá）機機組的應用，軸電流影響軋機機組長周期安全運行的問題越來越突出。輕（qīng）微的損傷，電（diàn）機和軸承可能隻（zhī）能（néng）運行一（yī）千小時（shí）左右，嚴重的甚至（zhì）隻（zhī）能（néng）運行幾個小時，給現場安全生產帶來極大的影響。同時由於軸承損（sǔn）壞及更換帶來的直接和間接（jiē）經濟損失也（yě）不可（kě）小計。
　　2　軸（zhóu）電壓和軸電流的產生（shēng）
　　軸電壓是（shì）電動機兩軸承端或電機轉軸與軸承間所產生的電壓，其（qí）產生原因（yīn）一般有以下（xià）幾種：
　　2.1磁不平衡、不對稱產生軸電壓
　　電動機由於扇形衝片、矽鋼片等疊裝因素，再（zài）加上鐵芯槽、通風（fēng）孔等的存在，造成在磁路中（zhōng）存在不平衡的磁阻，並且（qiě）在（zài）轉軸的（de）周（zhōu）圍有交（jiāo）變磁通切割轉軸，在軸的兩（liǎng）端感應出軸電壓（解決方（fāng）案：A.磁場對稱；B.在電機非驅動（dòng）端使用絕緣軸承）。 　　2.2逆（nì）變供電產生軸電壓
　　電（diàn）動機采用（yòng）逆變供電運行時，由於電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈衝分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線（xiàn）部分、轉軸之間產生電磁感應，使轉軸的電位發生變化，從而產生軸電壓（yā）。
　　2.3靜電感應產生軸電壓
　　在電動機運行（háng）的現場周圍有較多的高壓設備，在強電場的作用下，在轉軸的兩端感應出（chū）軸電壓（解決方案：A.dU/dt濾波；B.繞組和（hé）轉子間屏蔽；C.兩端軸（zhóu）承均需（xū）絕緣；D.轉子接地）。
　　2.4磁化效應產生軸電（diàn）流
　　對於（yú）電機類轉子，產生軸電流的原（yuán）因主要有磁力線分布（bù）的（de）不（bú）對稱效應以及轉（zhuǎn）軸的磁化效應（yīng）。磁力線分布（bù）不對稱通常是由於疊片層的不（bú）對稱的間隙引起的。除電機類轉子外，其他（tā）設備也會因軸的磁化效應而產生軸電流。軸的磁化效應是轉（zhuǎn）軸由（yóu）於各種原因而（ér）帶有磁性，例（lì）如轉子存（cún）在不平衡電流繞（rào）組使轉軸磁化，焊接、摩（mó）擦、碰撞以及電渦流裝置均可能使設備帶有磁性，並建立（lì）起磁場（chǎng）。旋轉磁場切割導體，會在這些零件內感應起（qǐ）一定電位，當電（diàn）位升高到足以擊穿油膜時，就形成電流回路。這種電（diàn）流回路可能穿過整個轉子，也可能僅在軸承中或浮環密封中形（xíng）成局部的短路電流，軸承或浮環中的短路電流（liú）又會產生新（xīn）的磁場，磁化轉軸（zhóu）或其他零件（jiàn）。因（yīn）此，這種（zhǒng）磁電相互（hù）轉換，會（huì）在機組（zǔ）內形成（chéng）很強的磁場，並出現很高的電流（解決方案：A.合適的（de）電纜；B.信號dU/dt濾波；C.非驅動端（duān）使用絕緣軸承隔斷循環電流）。 　　2.5其他原因
　　如靜電荷的積累、測溫元件絕緣破損等因（yīn）素都有可能導致軸電壓的產（chǎn）生。軸電壓建立起來後，一旦在轉軸及機座、殼體間（jiān）形成（chéng）通路，就產生軸電流（解決方案：A.合適的電纜；B.正確（què）的接地；C.分軸器絕緣；D.兩端軸承絕緣）。
　　3　軸電流對（duì）軸承的破壞
　　正常情況下，轉軸與（yǔ）軸承間有潤滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對於較低的軸電壓，這（zhè）層潤滑油膜仍能保護其（qí）絕緣性（xìng）能，不會產生軸電流（liú）。但是當軸電壓（yā）增加（jiā）到一定數值時，尤其在電動（dòng）機啟動時，軸承內的潤滑油膜還未穩（wěn）定形成，軸電壓將（jiāng）擊穿油膜而放電（diàn），構（gòu）成回路，軸（zhóu）電流將從軸承（chéng）和轉軸的金屬接觸點通過，由於該金屬接觸點很小，所以這（zhè）些點的電流密度（dù）大，在瞬間產生高溫，使軸承（chéng）局部燒熔，被燒熔的軸承合金在（zài）碾壓力的作用下（xià）飛濺，於是在軸承內表麵上燒（shāo）出小凹（āo）坑。一般由於轉軸硬度及機械強度比軸承燒熔合（hé）金高，通常表現出（chū）來的症狀是軸承內表麵被壓出條狀（zhuàng）電弧傷（shāng）痕，所帶來的主要後果如下：
　　（1）在放電區（qū）域熔化金屬粒子，在金屬表麵形成極（jí）微小的電蝕凹坑；
　　（2）凹坑的積聚使（shǐ）表麵變得（dé）粗糙（cāo），失去光澤，如果發生在軸瓦上則會產生純機械磨損；
　　（3）熔化（huà）的金屬（shǔ）微（wēi）粒（lì）進入潤滑（huá）係統，使潤滑劑受到汙染，整個（gè）潤滑係統的潤滑性（xìng）能變壞，而且含（hán）有（yǒu）大量（liàng）金屬微粒的潤滑劑會降低油膜電阻，加速電火花侵蝕的進展；
　　（4）在軸承承載區（qū）產生局部高溫，破壞油膜，燒（shāo）壞金屬，增加磨耗，Z終造成（chéng）嚴重的摩擦損壞。在旋轉機（jī）械的轉子係統中，Z容易發生電火花放電的部位是徑向軸承和止推軸承的承載麵、齒式聯軸器的工作齒麵，這些部位因運行中（zhōng）的多種條件變化（huà）（如負荷、溫度、潤滑狀況以及轉子振動等），均有可能會使油膜（mó）和氣（qì）隙電阻減小，在這（zhè）些部（bù）位很容易引起電火花放電現象。
　　對於徑向滑動（dòng）軸承，軸承電蝕凹坑的發展（zhǎn）會使巴氏合金表麵受到嚴重的腐蝕，這不僅會改變軸承的（de）原有間隙，而且表麵光潔度下降還會導致軸承表麵的擦傷和擦痕、局部高溫和燒（shāo）傷。高速（sù）輕載軸承表麵巴氏（shì）合金的磨（mó）耗會（huì）使一部分軸瓦失去作用，轉子在（zài）旋轉時容易誘發油膜（mó）渦動（dòng），造成轉子係（xì）統的不穩定。而不穩定的油膜反過來又會引起軸承（chéng）油膜電阻的急劇下降，使更多的軸電流通（tōng）過該區域，加劇電火花作用（yòng），彼此相互激勵，Z終導致軸（zhóu）承或軸係係統的損壞（huài）。
　　4　解決方法
　　多年來，我們對高速線材軋機機組（包括16^#軋機齒輪箱、精軋機增速箱、4^#夾送輥增速箱的輸入（rù）軸（zhóu））所損（sǔn）壞的圓（yuán）錐滾子軸承和圓柱滾子（zǐ）軸承，進行了檢查（chá）和分析（xī），基本都存在軸承內圈、外圈、滾動體上的“搓板紋”損傷，這些均是（shì）軋機輸入軸有軸電流產（chǎn）生或軸承有過電流的明顯現象。我們也正在進行積極的技術改造，防止電機（jī）產生軸電流的可能性，以避免重大設備事故發生。為此我們（men）采取（qǔ）了兩項（xiàng）改進措施：（1）為消除軸電壓經過軸（zhóu）承、機座與基礎等處形成的電流回路（lù），采（cǎi）用接地（dì）線將齒輪箱軸承座對地絕緣。（2）為防止電機轉軸形成懸浮電位，對電機軸增加接地碳刷，確保轉軸（zhóu）通過電刷有效接地。改進（jìn）效果（guǒ）良好（hǎo）。
　　5　案例分析
　　高速線材預精軋（zhá）機16架輸（shū）入軸圓錐滾子軸（zhóu）承損壞案例：
　　5.1故障現象及診斷
　　2011年5月大修前，通過（guò）在線振動監測係統，發（fā）現16架齒輪（lún）箱輸入軸測點信號異常，包絡信號（ENV3）振動總值已超過主報（bào）警值，頻譜分析圖顯示圓錐（zhuī）滾子軸承33024（SKF）軸（zhóu）承外圈故障特征頻率及其諧波特（tè）征明顯，見圖（tú）3。 　　頻譜分析頻率2000Hz，1600譜線（xiàn），計算軸承33024故障特征頻率（轉頻R=17.3Hz，外圈故障頻率/轉頻=13.592）為：外圈故障頻率（lǜ）BPFO=17.3×13.592=235.14Hz。分析見表1。 　　該軸承外圈故障頻率1倍頻振幅值已達1.43ge，2、3、4倍頻振幅值均達0.5ge以（yǐ）上。包（bāo）絡信號振動總值達8.858ge，分析認為該軸承外圈損傷。結合（hé）加速度和包絡信號綜合分析，可以判斷軸承損傷原因（yīn）為“軸電流”引起的（de）軸承電蝕損傷。
　　5.2故障處理及改進
　　利（lì）用大修時間解（jiě）體齒輪箱，檢查發現圓錐滾子軸承（chéng）33024內外圈滾道表麵存在比較（jiào）嚴重的“搓板痕”見圖4。證（zhèng）實為“軸電流”損傷（shāng），由於電樞與軸之間通過軸承（chéng）接地而產（chǎn）生輕微（wēi）放電，電流（liú）在旋轉中的（de）軸承滾道和滾動體的接觸部分流動時，通（tōng）過薄薄的潤滑油膜發出火花，造（zào）成接觸表麵出現局部的熔融和凹凸現象，其症狀就（jiù）是（shì）軸承元件內表麵被壓出條狀電弧傷痕。 　　為此我們采取了兩項改進措施，檢修後16架（jià）齒輪箱振動趨勢及頻譜圖如圖5所（suǒ）示。 　　（1）為消除軸電壓經（jīng）過（guò）軸承、機座與基礎等處（chù）形成的電流回路，采（cǎi）用接地線將齒（chǐ）輪箱軸承座對地絕緣。
　　（2）為防止（zhǐ）電機轉軸形成懸浮電位，對電（diàn）機軸（zhóu）增加接地碳刷，確保轉（zhuǎn）軸通過電刷有效接地。
　　改造並更換軸承後，輸入（rù）軸包絡信號振動總值降為1.94ge。同（tóng）時33024軸承故障特征頻率幅值降為0.04ge以（yǐ）下。
　　[參考文獻]
　　[1]牛明忠.設備故障的振動識別方法（fǎ）與實例[M].北京：冶金工業出版社，1995.
　　[2]SKF.SKF軸承綜（zōng）合型錄[M].上海：上海科學技術文獻出版社，1991.