我司一台PWM变频驱动电机轴承电蚀分析

骨哥

我司脱硫系统#2GGH低泄露风机A，在4月25日的周期性振动监测中发现Peakvue幅值突变异常，分析存在轴承电蚀可能，经持续监测跟踪至7月3日，认为轴承电蚀缺陷发展迅速，建议专业尽快安排检修，解体后发现两轴承均有严重电蚀，与诊断相符。
一、        设备概况
低泄露风机在GGH中用于将净烟气加压，对漏风部位密封，达到降低原烟气漏风量的目的。
其中低泄露风机A为电机-传动带-风机结构，低泄露风机B为电机-膜片联轴器-风机结构，4月份改为变频驱动，两台风机共用一台变频器，正常情况下风机A变频运行，风机B备用。
电机工频转速：1485rpm
非驱端轴承：6217（外圈故障频率4.571X，内圈故障频率6.429X）
驱动端轴承：6219（外圈故障频率4.102X，内圈故障频率5.898X）
二、        分析诊断
4月25日，在变频改造后的第一次监测中，电机非驱端Peakvue幅值历史趋势由之前稳定保持在1gs左右突然上升至10.68gs。
Peakvue频谱特征以非驱端轴承外圈故障频率及其多次谐波为主（虚线是理论值，蓝色实线是实际值，由于安装等关系会有一定偏差）。由于高频加速度趋势也有剧烈上升，故查看普通加速度谱，发现存在典型的轴承电蚀特征(2000Hz附近有一系列BPFO边带):
驱动端轴承Peakvue幅值变化不大。
故认为非驱端轴承有电蚀可能。
三、        持续监测
在发现上述异常后，安排进行补油处理，监测周期从1个月缩短至1周，从Peakvue幅值变化来看，整体呈上升趋势。
此间发现驱动端轴承Peakvue也开始快速上扬，从速度谱高频宽频谱来看，也表现出电蚀特征。
7月3日，非驱端Peakvue幅值达到28.7gs，驱动端Peakvue幅值达43.96gs，已达到CSI规定的必须立即更换的标准，判断轴承破坏情况发展较快，遂通知专业尽快安排检修。
四、        检修验证
7月12日，电机解体，两端轴承切开后发现有以下问题：
1、        润滑油呈黑色，为放电时局部高温造成的；
2、        驱动端和非驱端轴承内外圈滚道均有深约0.2mm的搓衣板状的沟槽，滚珠呈暗灰色，符合典型的电蚀特征。
3、        检修后的电机，经测量轴电压约3.3V，有资料显示，轴电压超过2V即有可能造成电蚀（由于影响因素众多，业界尚没有统一标准）。
五、        电蚀机理
电机在运行中或多或少都会产生一定的轴电压，根据产生原因，大致可分为两类：
1、内源性：由电机的磁不平衡产生。
2、外源性：由PWM电源逆变器感应的转子轴对地电压引起。
由磁不平衡产生的轴电压，自上世纪20年代发现以来，基本已通过优化电机结构设计消除，不在本文讨论范围。
而变频器PWM逆变器感应的转子对定子电压对轴承的破坏更为突出。电机接入三相对称正弦电压时，共模（零序）电压为0，当由PWM逆变器供电时，共模电压是高频变化的非0电压，其通过电机内部寄生电容耦合作用，在转子上感应出高频电压（普通万用表测得的是有效值，应用电位差计或示波器测量）。
电机在运行时，轴承滚动体与滚道之间根据速度不同，有亚微米至几微米之间不同的绝缘油膜阻隔，如一个电容，当转子上感应电压也来越高，超过油膜所能承受的阈值时其被击穿，此时电容放电，产生如同EDM(电火花加工)电流加工效应，滚动体如电极，滚道如工件，放电后轴电压降低并继续积聚，周而复始，因此EDM电流是一个个随机的尖峰电流，其幅值最大可达3A，EDM电流的热效应使得与其接触的金属融化(微观)，只要在某一点产生这种破坏，以后的损坏都将在这一点逐步加剧，一直到形成搓衣板状的一系列沟槽，润滑脂在局部高温作用下碳化发黑。
七、处理建议
从上述分析可以看出，电机轴承电蚀，是由于变频器PWM逆变器特性造成的，也就是说，只要是采用PWM调制的变频器拖动的电机，均有发生电蚀的可能，发生与否取决于电机结构是否会产生超标的轴电压、润滑油电导率等。因此建议：
1、        评价变频器输出是否合格，通过滤波等措施降低共模电压；
2、        电机更换为绝缘轴承，同时在轴伸端安装碳刷并接地使转子积聚电荷及时释放；
3、        对变频驱动的电动机，特别是高功率电机，按规范方法普测轴电压，以及时发现问题加以预防（微弱电蚀是以滚道及滚动体表面腐蚀性的失去光泽来体现的，故即使过去未发生过严重电蚀的设备，也应进行测量）。

迷你猫

骨哥出品，必须要顶

Agoni

学习了  真心不错  处理措施也很实用详细  

birdli2000

我们这里也发现过类似的案例.

birdli2000

也是电机由工频改为变频后发生的.

墨仔2012

支持骨哥的无私奉献，好贴顶起来

Eminem

好东西  辛苦

qren7006

典型的轴承电蚀特征___是怎样的频谱特征，有特定的计算公式还是有其他的经验值？

骨哥

qren7006 发表于 2016-8-1 09:48
典型的轴承电蚀特征___是怎样的频谱特征，有特定的计算公式还是有其他的经验值？

如图，2000Hz附近有BPFO边带。

缱绻

感谢分享经验

oceandeep

大赞骨哥，因为这种故障，我厂已经换了不下6台大电机了。
近期还发现了减速机输入端轴承也被侵蚀的现象。
我厂的处理办法与楼主一样，但是否彻底解决问题，还待观察。。。。。

Posion

oceandeep 发表于 2016-8-2 15:44
大赞骨哥，因为这种故障，我厂已经换了不下6台大电机了。
近期还发现了减速机输入端轴承也被侵蚀的现象。
...

期待反馈

oceandeep

骨哥 发表于 2016-8-1 10:32
如图，2000Hz附近有BPFO边带。

如何解决风机端轴承的电蚀？有种说法在联轴器处加绝缘垫，你可听说过？

骨哥

oceandeep 发表于 2016-8-3 08:43
如何解决风机端轴承的电蚀？有种说法在联轴器处加绝缘垫，你可听说过？

谢谢，没有听过这样的说法，联轴器传递的扭矩那么大，应该是不可能良好绝缘的；
看资料，一般是采用：电机外壳用专用低阻抗铜丝编织扁带良好接地、轴伸端碳刷接地，并经常检查，从轴电流通路看，是否可以将负载端轴承座对地绝缘？ABB甚至建议使用专用电缆。作为非电气专业人员，轴电流问题远比想象的复杂，最好转交电气专业人员研究处理。

oceandeep

骨哥 发表于 2016-8-3 10:33
谢谢，没有听过这样的说法，联轴器传递的扭矩那么大，应该是不可能良好绝缘的；
看资料，一般是采用：电 ...

谢谢回答，我厂的结构限制负载端轴承座接地有点困难，所以一直有电蚀存在，只是发展比较缓慢，PK+保持在20g以下，我们暂时也只是观察，至于ABB的说法待电气人员研究吧，再次感谢！
关于ABB的文章，我又发了个帖子，好像我们看得都是这个。。。