三相异步电机轴承温度分析.doc

三相异步电动机轴承温度分析惠俭新（无锡锡山安达防爆电气设备有限公司，江苏无锡 214191）摘 要 对三相异步电动机出现的轴承温度高的现象，从轴【作者简介】惠俭新，男，1978年02月生，工程师，2000年毕业于江南大学，主要从事中小型电机的设计与开发工作承选型、配合、装配、运行状况等方面找出引起轴承温度高的各种因素，最后提出几种解决轴承温度高的有效措施。关键词 三相异步电动机 轴承温度 配合 游隙 润滑 装配 试验Three-phase asynchronous motor bearing temperature analysisJianxin-Hui（Wuxi JiuAn Explosion-Proof Motors Co., Ltd，Wuxi Jiangsu 214191）Abstract Bearing temperature high phenomenon which appears to the Threephase Asynchronous Motors from aspects and so on bearing shaping, coordination, assembly, operational aspect discovers causes the bearing temperature high each kind of factor, finally proposes several kind of solution bearing temperature high effective action.Key words Threephase Asynchronous Motors,bearing temperature,coordinates,windage ,Lubrication,Assembly,Experiment.一、引言滚动轴承是轴及其它旋转构件的重要支承，是最早采用专业化大批量生产方式的机械基础之一。由于滚动轴承的摩擦系数仅为滑动轴承的百分之一到几十分之一，并且使用维护方便，支承结构简单，容易装拆，因而，滚动轴承的使用极其广泛，并在许多领域逐步取代了滑动轴承。滚动轴承在三相异步电动机中的应用也相当广泛，所以由于轴承导致的故障在三相异步电动机总故障率中占的比例也较多，据权威部门统计为3/5左右，而在轴承的故障中又以轴承过热为常见的故障现象。二、轴承温度高的判别目前电机生产厂家在电机出厂前轴承温度是必须检查的项目，而试验除了有最高温度不超过95限制外，对在运行中最高温度以下何种情况属于轴承温度高还没有统一的标准，按一般习惯，电机运行1.52h后，轴承温度稳定升温35K便可以认为正常，但轴承运行短时（如15min）上升至65或运行1.5h以上超过65仍然没有下降趋势，及不到1.5h但轴承稳定温度超过75，皆可以视为轴承温度高（其中65、75是针对夏季而言，在寒冷的冬天以55、65为宜）。三、轴承过热故障现象及解决办法造成滚动轴承过热有以下几类主要原因：1、轴承的选用轴承的质量除与轴承生产厂家的制造工艺、检测水平有关外，还与轴承钢的材质、热处理工艺、煅造加工工艺息息相关。目前国外采用的真空脱气轴承钢、真空重熔轴承钢在国内尚未普及，它们均优于目前国内大量采用的轴承钢铬钢GCr15及GCr15SiMn。因此，轴承以采用优质进口轴承为宜，如瑞典的SKF、日本的NSK及KOYO、德国的FAG。不过如果在使用前经过仔细检测、筛选，瓦房店、哈尔滨、洛阳三大国产轴承品牌也是较好的选择。总之，杂牌及三无产品尽量不要使用，否则对电动机（特别是中大型三相异步电动机）来说将后患无穷。2、轴承受到挤压滚珠或滚子在滚道中能轻松自如地旋转，是因为它们与轴承内外套间有游隙存在。若轴承套内或外圈受到挤压，这游隙就要变小。因为轴承游隙的数值很小，所以对游隙的变化很敏感。游隙变小了，轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力，则会增加轴承摩擦发热。防止挤压的对策有如下三条：（1）轴承外圈与轴承套的配合多采用H7，在实际加工中要尽量按上差，因为轴承与轴采用过盈配合，轴承台公差为k6或m5，当k6、m5出现上差而所选轴承径向游隙较小、内圈公差也较小时，则径向配合相对较紧，装配后其径向游隙将受到一定的影响。热态运行时，内圈的较大膨胀，有可能导致负游隙。微量的负游隙有利于轴承正常运行，但较大负游隙对轴承运行很不利，温度较高，通过外圈的膨胀而减小负游隙的程度。另外轴承运行时，轴承外圈与轴承套必然也出现过盈，而使滚动体受挤压，招致轴承因发热过早地损坏。（2）为避免轴承外套在轴承室中周向滑动，可使端盖（或轴承套）与轴承内、外盖止口深度在轴向的累计公差为“+”，且累计在内、外盖的平面接合面处，以保证内、外盖夹紧轴承外套（在轴承内外盖的设计时，止口长度的公差等级可用H11而不是h11）。对于隔爆型电机，此间隙不要大于0.2mm。数控或数显机床均可以保证此公差。（3）在三相异步电动机的轴承游隙选用上，根据生产经验，在低压电机中，2P电机一般都选用C3组游隙，4P电机可以选用C3组游隙或标准游隙，6P及以上则都用标准游隙即可。在高压电机中，2P及4P电机一般都选用C3组游隙，6P及8P电机选用CM游隙，10P及以上电机选用C0游隙。当然此游隙的选择都是只针对电机的标准设计而讲，如果客户有特殊要求那就另当别论了。3、零部件加工精度不够及电动机装配不当导致轴承发热在机械加工过程中造成轴承发热的有两点：（1）电动机机座两端止口不同心，造成两端盖或轴承套与机座安装后两端盖或轴承套的中心线不重合，影响轴承内外圈不平行和两端轴承不同心而引起额外磨损发热。（2）端盖或轴承套加工偏心，造成两端的端盖或轴承套不同心引起轴承发热。现特别要指出的是轴承套这个零件，从保证同轴度来说，能不用最好不用。因为有它时，轴承先装入轴承套，轴承套再装入端盖中，多一道径向配合的尺寸链误差，对于保证同轴度来说，显然不如将轴承直接装入端盖中好。以上两点要求机械操作人员在加工零件的时候要严格按照加工工艺保证同轴度。电动机装配不当导致轴承发热的也有两点：（1）端盖与机座装配不当，如止口清理油漆不干净，端盖螺栓受力不均，使端盖装偏等，使轴承发热。（2）轴承盖特别是轴承内盖安装时螺栓受力不均，使轴承盖与转轴相擦而使轴承发热。为了保证装配质量，首先要在装配前彻底擦拭配合面的油污，旋螺栓要对称旋紧，使每个螺栓受力均匀，转子转动灵活，否则要重新调整螺栓再旋紧。另外装配轴承时最好用热套法，因为用榔头通过铜套筒敲击轴承的内或外圈（有的装配工甚至于用榔头直接敲击轴承）都会使轴承受力不均匀而损坏轴承。而加热方法应在烘箱或感应铁心式轴承加热器上加热，不可以用油煮加热，因为油煮时会把机油渗入到轴承内部与润滑脂混合，使润滑脂变质。加热时温度控制在100以内，因为润滑脂不许超过100，否则会流出，另外轴承在高温下（比如超过200），轴承钢中残余奥氏体向马氏体转变，将导致轴承内外圈的圆周长度增长而引起振动发热，另外如此高的温度相当于为轴承进行了退火处理而使轴承硬度降低。4、轴承的润滑 首先轴承润滑脂牌号要选用正确，一般情况下，低压三相异步电动机用ZL-3号锂基脂的较多，高压三相异步电动机用BHP高温耐压2号锂基脂较为合适。轴承装配涂润滑脂时，一定要把润滑脂用油枪挤嵌进轴承的滚道内，而且润滑脂量一定要挤满，因为挤进去的润滑脂正是轴承工作时生成油膜的来源，有的装配工在给轴承涂润滑脂时轴承两边涂的很多，而滚道内却忽视不挤进去，装配好电机一试验，发现电机轴承有空响声并伴发热症状。其原因就是润滑脂没挤进轴承滚道而使轴承干磨。其次是加油脂量的多少，试验反映，油量过多或过少皆不合适。太多会导致轴承发热，太少则轴承响，起不到润滑作用，同样要发热，所以只能适量而已。一般规定油脂量2P时为轴承室的1/2，4P及以上时为2/3。再次润滑脂一定要保持清洁干净，不得变质或混入杂质。有一台YJL450-12 380V IMV2安装电机，在对圆柱滚子轴承涂润滑脂的时候不小心混进了一颗很小很小的砂粒，等电机试验时发现电机轴承振动并发热，拆检时发现轴承内圈上每隔一滚子圆周周期就有一明显凹槽痕迹，原轴承只能报废而更换一个新轴承，就因为装配时不小心混进一颗小砂粒而损失几百元，这和飞行中的飞机被一只小鸟撞上发动机的叶轮而坠毁同样悲怆。4、机械负载的影响（1）机械负载与电动机联轴器联结不下，未做好定中心工作。一般刚性联轴器允许的径向偏差为0.030.05mm,允许的轴向偏差为0.020.04mm。联轴器直径大者取较大的允许偏差值。而采用弹性联轴器时，当联轴器直径小于200mm时，允许的径向、轴向偏差为0.05mm；直径大于200mm时，允许的径向、轴向偏差按下式计算： (mm) 式中为联轴器外径,mm。（2）皮带轮张力过大而在径向拉轴承，使轴承发热。某上海制漆企业向我们订购了一批低压隔爆型三相异步电动机，靠皮带轮带动制漆设备，运转中发现绝大部分电机轴承有噪声及发热，而皮带轮因为种种原因不能调节松紧，迫于无奈，我们只能选用轴承室公差为下差的法兰端盖换上，结果上述现象全部消失，电机至今运行正常。此说明问题的出现可用各种不同的角度去思考和解决。四、结论轴承是三相异步电动机上极为重要的零部件，而且轴承又是极为娇贵的，我们只有从轴承的选用、轴承的装配及运行现场等过程中层层把关，严格按照正确方法选用轴承，三相异步电动机的轴承运行温度就会得到有效控制。参考文献【1】 防爆防腐电机检修技术问答/杨万清编著. 北京:化学工业出版社,2008.4【2】 大中型电动机节能挖潜修理改造实践/赵家礼等编著. 北京:机械工业出版社,2006.5【3】 起重及冶金用三相异步电动机修理防爆防腐电动机修理潜水电泵与泵用电动机修理/赵家礼主编. 北京:机械工业出版社,2008.3 (电动机修理手册:单行本)本人联系方法:15806178280 江苏省无锡市锡山区正阳村西新路8号 邮编:214191 无锡锡山安达防爆电气设备有限公司 邮箱地址: hjxcbj 在三相异步电动机运转工作时温度没有绝对的正常或者是标准。它是以工作环境最高允许温升为基准的。F级最高允许温升环境温度为40度测量分为温度计法和电阻法。定子绕组温度计法为85度，电阻法为100度。转子绕组绕线型温度法为85度，电阻法为100度。定子铁心为100度。滑环为90度。滑动轴承为40度。滚动轴承为55度。至于你那电机正常不正常你自己拿个温度计测量一下然后减去环境温度就知道了吗？1.首先解释一下温升的概念：导体通流后产生电流热效应,随着时间的推移, 导体表面的温度不断地上升直至稳定。稳定的条件是在3个小时内前后温差不超过2，此时测得导体表面的温度为此导体的最终温度，温度的单位为度（）。上升的温度中超过周围空气的温度（环境温度）的这一部分温度称为温升，温升的单位为开氏（K）。有些关于温升方面的文章和试验报告及试题中，经常把温升的单位写成（），单位用度（）来表示温升是不妥当的。简单点说：温升=电机温度-环境温度（低于40）绝缘的温度等级 A级 E级 B级 F级 H级 最高允许温度（） 105 120 130 155 180 绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125 性能参考温度（） 80 95 100 120 145 电动机的绝缘等级及允许温升电动机的导线及槽内都要用绝缘材料，槽内所采用的绝缘材料有纸、布、绸、玻璃纤维、石棉、云母等，导线绝缘也有绝缘漆、树脂漆、环氧漆、纱包、丝包、漆包等方式，按电动机的功率大小、使用环境条件、环境温度等因素而定，具体分六级。对中小功率的电动机，绕组内（即槽内）不埋温度测量元件，所以无法得知较真实的温度值，只能从电动机外壳的温度高低来判别，这比槽内的温度要低2030，日常判别电动机的温度也只能如此，具体可用棒形酒精温度计或水银温度计、表面电子测温仪、红外辐射测量仪。允许温升的计算方法为允许温升允许最高温度内外温差环境温度例如，用A级绝缘材料时允许温升105-（2030）-35（4050）这时外壳测得的温度应是（4050）+35（7585）电动机的温升高低与电动机的负载大小、环境温度高低、通风量的大小、实际转速高低（尤其是变频调速f50Hz运行时要注意）和电动机的质量好坏有直接关系，但不能超过允许最高温度，否则会加速绝缘材料的老化，甚至冒烟、烧毁。所以在电动机运行中要经常测量，观察电动机的外壳温度的变化，切不可马虎大意。衡量电机发热程度是用“温升”而不是用“温度”，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电机已发生故障。下面就一些基本概念进行讨论。 1 绝缘材料的绝缘等级 绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C7个等级，其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180、及180以上。 所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料在105、B级材料在130的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在1520年。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。所以电机在运行中，温度是寿命的主要因素之一。 2 温 升 温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的。运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。这些都会使电机温度升高。另一方面电机也会散热。当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。当发热增加或散热减少时就会破坏平衡， 使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度，在运行中，如电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。 3 温升与气温等因素的关系 对于正常运行的电机，理论上在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无关，但实际上还是受环境温度等因素影响的。 (1) 当气温下降时，正常电机的温升会稍许减少。 这是因为绕组电阻R下降，铜耗减少。温度每降1，R约降0.4%。 (2) 对自冷电机，环境温度每增10，则温升增加1.53。这是因为绕组铜损随气温上升而增加。所以气温变化对大型电机和封闭电机影响较大。 (3) 空气湿度每高10%，因导热改善，温升可降0.070.38，平均为0.19。 (4) 海拔以1 000 m为标准，每升100 m,温升增加温升极限值的1%。 4 极限工作温度与最高允许工作温度 通常说A级的极限工作温度为105，A级的最高允许工作温度是90。那么，极限工作温度与最高允许工作温度有何不同？其实，这与测量方法有关，不同的测量方法，其反映出的数值不同，含义也不一样。 (1) 温度计法 其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15左右。该法最简单，在中、小电机现场应用最广。 (2) 电阻法 其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低515。该法是测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。 (3) 埋置温度计试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。其测量结果反映出测温元件接触处的温度。大型电机常采用此法来监视电机的运行温度。 各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值，因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。 5 电机各部位的温度限度 (1) 与绕组接触的铁心温升(温度计法)应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度(电阻法)，即A级为60，E级为75，B级为80，F级为100，H级为125。 (2) 滚动轴承温度应不超过95，滑动轴承的温度应不超过80。因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。 (3) 机壳温度实践中往往以不烫手为准。 (4) 鼠笼转子表面杂散损耗很大，温度较高，一般以不危及邻近绝缘为限。可预先刷上不可逆变色漆来估计。 6 电机发热故障的排除 当电机温度超过最高工作温度或温升超过规定或温升虽然未超过规定，但在低负荷时温升突然增大时，说明电机有故障，其判断和排除方法是： (1) 在额定负荷下温升未超过温升限度，仅由于环境温度超过40，而使电机温度超过最大允许工作温度。这种现象说明电机本身是正常的。解决的办法是用人工方法使环境温度下降，如办不到，则必须减负载运行。 (2) 在额定负载下温升超出铭牌规定。 不管什么情况，均属电机有故障，必须停机检查，特别对温升突然变大更要注意。其外部原因有：电网电压太低或线路压降太大(超过10%)，负载太重(超过10%)，电机与机械配合不当；内部原因有：单相运行、匝间短路、相间短路、定子接地、风扇损坏或未固紧、风道阻塞、轴承损坏，定转子相擦、电机与电缆接头发热(特别是铜铝或铝铝连接)、电机受腐蚀或受潮等。此外，从理论上讲电机均可正反转，但有些电机的风扇有方向性，如反了，温升会超出许多。总之，必须针对各种具体情况，排除故障13