如何延長(zhǎng)電機(jī)軸承的使用壽命
如何延長(zhǎng)電機(jī)軸承的使用壽命
- 2026/3/23 9:48:40
電動(dòng)機(jī)在我們的日常生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用——我們生活、工作和娛樂(lè)的地方。簡(jiǎn)單地說(shuō)，他們幾乎讓所有移動(dòng)的東西都移動(dòng)。近 70% 的工業(yè)用電用于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
大約75%的工業(yè)電機(jī)用于運(yùn)行泵、風(fēng)扇和壓縮機(jī)，這是一類(lèi)極易提高效率的機(jī)械2.這些應(yīng)用程序通常始終以恒定速度運(yùn)行，即使在不需要時(shí)也是如此。這種持續(xù)運(yùn)行會(huì)浪費(fèi)能源并產(chǎn)生不必要的一氧化碳2排放，但通過(guò)控制電機(jī)的速度，我們可以降低功耗，節(jié)約能源并減少對(duì)環(huán)境的影響。
控制電機(jī)速度的一種方法是使用變速驅(qū)動(dòng)器 （VSD），這是一種通過(guò)改變提供給電機(jī)的頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置。通過(guò)控制電機(jī)的速度，驅(qū)動(dòng)器可以降低功耗（例如，將旋轉(zhuǎn)設(shè)備速度降低 20% 可以降低大約 50% 的輸入功率需求3），并在電機(jī)的整個(gè)生命周期內(nèi)顯著改善過(guò)程控制并節(jié)省大量運(yùn)營(yíng)成本。
盡管變頻器在許多應(yīng)用中可用于節(jié)省能源，但如果接地不當(dāng)，它們可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)早失效。雖然電機(jī)故障的原因有很多，但使用驅(qū)動(dòng)器時(shí)最常見(jiàn)的問(wèn)題是共模電壓引起的軸承故障。
在三相交流系統(tǒng)中，共模電壓可以定義為驅(qū)動(dòng)器的脈寬調(diào)制功率造成的三相之間的不平衡，或者電源接地和三相負(fù)載中性點(diǎn)之間的電壓差。這種波動(dòng)的共模電壓在電機(jī)軸上靜電感應(yīng)電壓，并且該軸電壓可以通過(guò)繞組或軸承放電。現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)、相絕緣和逆變器防尖峰線(xiàn)有助于保護(hù)繞組;然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子看到電壓尖峰的積聚時(shí)，電流會(huì)尋求對(duì)地電阻最小的路徑。在電動(dòng)機(jī)的情況下，該路徑直接穿過(guò)軸承。
由于電機(jī)軸承使用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，因此潤(rùn)滑脂中的油會(huì)形成一層薄膜，充當(dāng)電介質(zhì)，這意味著它可以在不傳導(dǎo)的情況下傳遞電力。但隨著時(shí)間的流逝，這種電介質(zhì)會(huì)分解。如果沒(méi)有潤(rùn)滑脂的絕緣性能，軸電壓將通過(guò)軸承放電，然后通過(guò)電機(jī)的外殼，實(shí)現(xiàn)電氣接地。這種電流運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致軸承產(chǎn)生電弧，通常稱(chēng)為電火花加工 （EDM）。隨著時(shí)間推移，這種持續(xù)的電弧會(huì)發(fā)生，軸承座圈中的表面積會(huì)變脆，軸承內(nèi)部的微小金屬片會(huì)脫落。最終，損壞的材料在軸承的滾珠和滾道之間起作用，產(chǎn)生磨削效應(yīng)，從而產(chǎn)生微米級(jí)的點(diǎn)蝕（稱(chēng)為結(jié)霜）或軸承滾道中的搓板狀脊（稱(chēng)為凹槽）。
隨著損壞逐漸惡化，一些電機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)任何明顯的問(wèn)題。軸承損壞的第一個(gè)跡象通常是由于軸承滾珠在凹陷和結(jié)霜區(qū)域上移動(dòng)而發(fā)出的噪音。但是，當(dāng)這種噪音發(fā)生時(shí)，損害通常已經(jīng)變得足夠大，以至于故障迫在眉睫。
工業(yè)應(yīng)用通常不會(huì)在變速電機(jī)上遇到這些軸承困難，但在某些安裝中，例如商業(yè)建筑和機(jī)場(chǎng)行李處理，并不總是提供可靠的接地。在這些情況下，必須使用另一種方法將電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去。最常見(jiàn)的解決方案是在電機(jī)軸的一端添加軸接地裝置，特別是在共模電壓可能更普遍的應(yīng)用中。軸接地本質(zhì)上是一種通過(guò)電機(jī)框架將電機(jī)的轉(zhuǎn)子接地到接地的方法。與與軸承更換相關(guān)的維護(hù)成本標(biāo)簽相比，在安裝前為電機(jī)添加軸接地裝置（或購(gòu)買(mǎi)預(yù)裝了一臺(tái)電機(jī)的電機(jī)）可能是一個(gè)很小的代價(jià)，更不用說(shuō)設(shè)施停機(jī)的高成本了。
當(dāng)今工業(yè)上常見(jiàn)的軸接地裝置有幾種類(lèi)型，如碳刷、環(huán)式纖維電刷和接地軸承隔離器等，其他保護(hù)軸承的方法也可用。
碳刷已經(jīng)使用了 100 多年，類(lèi)似于直流電機(jī)換向器上使用的碳刷。接地電刷在電機(jī)電路的旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分之間提供電氣連接，并將電流從轉(zhuǎn)子帶到地面，這樣電荷就不會(huì)在轉(zhuǎn)子上積聚到通過(guò)軸承放電的點(diǎn)。接地電刷提供了一種實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的方法，可提供低阻抗接地路徑，特別是對(duì)于較大的框架電機(jī);但是，它們并非沒(méi)有缺點(diǎn)。與直流電機(jī)一樣，由于與軸的機(jī)械接觸，電刷會(huì)磨損，并且無(wú)論電刷架的設(shè)計(jì)如何，都必須定期檢查組件，以確保電刷和軸之間的正確接觸。
軸接地環(huán)的工作原理類(lèi)似于碳刷，但它們包含多股導(dǎo)電纖維，這些纖維排列在軸周?chē)沫h(huán)內(nèi)。環(huán)的外側(cè)通常安裝在電機(jī)的端板上，保持靜止，而電刷則騎在電機(jī)軸的表面上，引導(dǎo)電流通過(guò)電刷并安全地接地。軸接地環(huán)可以安裝在電機(jī)內(nèi)部，使其可用于沖洗工況和臟污工況電機(jī)。然而，沒(méi)有一種軸接地方法是完美的，安裝在外部的接地環(huán)往往會(huì)在其刷毛上收集污染物，這可能會(huì)降低其有效性。
接地軸承隔離器結(jié)合了兩種技術(shù)：一個(gè)由兩部分組成的非接觸式隔離屏蔽，采用迷宮式設(shè)計(jì)來(lái)防止污染物進(jìn)入，以及金屬轉(zhuǎn)子和隔離導(dǎo)電燈絲環(huán)，用于將軸電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去。由于這些裝置還可以防止?jié)櫥瑒p失和污染，因此它們?nèi)〈藰?biāo)準(zhǔn)軸承密封件和傳統(tǒng)的軸承隔離器。
防止電流通過(guò)軸承放電的另一種方法是用非導(dǎo)電材料制造軸承。在陶瓷軸承中，陶瓷涂層滾珠通過(guò)防止軸電流通過(guò)軸承流向電機(jī)來(lái)保護(hù)軸承。由于沒(méi)有電流流過(guò)電機(jī)軸承，因此電流引起的磨損的可能性很小;但是，電流將尋求一條接地路徑，這意味著它將通過(guò)附加設(shè)備。由于陶瓷軸承不會(huì)從轉(zhuǎn)子中去除電流，因此對(duì)于帶有陶瓷軸承的電機(jī)，建議僅使用特定的直接驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。其他缺點(diǎn)是這種電機(jī)軸承的成本以及軸承通常只能提供最大尺寸為 6311 的事實(shí)。
在大于 100 馬力的電機(jī)上，通常建議在安裝軸接地裝置的電機(jī)的另一端安裝絕緣軸承，無(wú)論使用哪種類(lèi)型的軸接地。
在變速應(yīng)用中嘗試降低共模電壓時(shí)，維護(hù)工程師需要考慮以下三個(gè)因素：
當(dāng)存在軸承電流時(shí)，沒(méi)有一種適合所有的解決方案。對(duì)于客戶(hù)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，共同為特定應(yīng)用確定最合適的解決方案至關(guān)重要。
持續(xù)維護(hù)是防止災(zāi)難性故障和計(jì)劃外停機(jī)的關(guān)鍵。可安裝智能傳感器，安裝在任何電機(jī)上，以遠(yuǎn)程監(jiān)控電機(jī)的健康狀況。傳感器從設(shè)備表面測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)，可用于獲得有關(guān)其狀況和性能的有意義的信息。警報(bào)有助于識(shí)別未來(lái)電機(jī)故障的潛在原因。