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轴电流故障诊断(1) |
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| 轴电流故障诊断(1) |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 8:43:10  |
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由于转子带电引起轴电流最终造成机器元件损伤的情况较早出现在发电机组，故一般把轴电流形成的原因与电磁效应联系起来。随着大型石油、化工装置，特别是化肥装置中蒸汽透平驱动离心压缩机组的应用，轴电流影响机组长周期安全运行的问题越来越突出，它在机组的推力轴承、径向轴承、联轴节、浮环密封以及传动齿轮等部位产生电火花放电，损伤金属表面，破坏油膜形成。如果这种损伤没有及时检测到，则会给机器运转带来很多问题，并可能造成机器主要元件的严重破坏。
有关轴电流故障的介绍资料比较少见，在此结合生产中遇到的实际问题做一简单介绍。
一、轴电流对转子零件的损伤及其后果
旋转中的轴须采用一定的润滑方式使转子与轴承保持不直接接触，即整个转子在高速旋转时与静子之间有油膜绝缘。由于转子对地存在电阻，一旦带电，就会建立起对地电压，当电压升高到某一数值，就会在电阻最小的区域击穿，发生电火花放电。这种放电作用所带来的主要后果如下：
(1)在放电区域熔化金属粒子，在金属表面形成极微小的电蚀凹坑；
(2)凹坑的积聚使表面变得粗糙，失去光泽，如果发生在轴瓦上则会产生纯机械磨损；
(3)熔化的金属微粒进入润滑系统，使润滑剂受到污染，整个润滑系统的润滑性能变坏，而且含有大量金属微粒的润滑剂会降低油膜电阻，加速电火花侵蚀的进展；
(4）在轴承承载区产生局部高温，破坏油膜，烧坏金属，增加磨耗，最终造成严重的摩擦损坏。
在旋转机械的转子系统中，最容易发生电火花放电的部位是径向轴承和止推轴承的承载面、齿式联轴器的工作齿面以及浮环密封面，这些部位因运行中的多种条件变化（如负荷、温度、润滑状况以及转子振动等），均有可能会使油膜和气隙电阻减小，在这些部位引起电火花放电现象。
对于径向滑动轴承，轴承电蚀凹坑的发展会使巴氏合金表面受到严重的腐蚀，这不仅会改变轴承的原有间隙，而且表面光洁度下降还会导致轴承表面的擦伤和擦痕、局部高温和烧伤。高速轻载轴承表面巴氏合金的磨耗会使一部分轴瓦瓦块失去对转子轴颈的预负荷作用，转子在旋转时容易诱发油膜涡动，造成转子系统的不稳定。而不稳定的油膜反过来又会引起轴承油膜电阻的急剧下降，使更多的轴电流通过该区域，加剧电火花作用，彼此相互激励，最终导致轴承或转子系统的损坏。
止推轴承的电火花损伤是油膜过薄引起的，推力瓦块在电火花侵蚀下很快磨耗。据国外报道，一台涡轮发电机组的止推轴承在轴电流的充电和放电作用下，新更换的轴承使用仅十几天就被侵蚀得无法继续工作。对于米契尔式止推轴承，推力瓦块的电火花侵蚀结果使瓦块不能很好地形成油膜，从而加速纯机械磨损。假如轴向推力较大，会进一步导致止推轴承烧瓦或严重损坏，造成重大设备事故。
二、轴电流的成因和类型
轴电流的形成除了外部对转子施加一定的电位之外，大多数则是由于下面介绍的几种因素感应而产生的。
对于电机类转子，产生轴电流的原因主要有磁力线分布的不对称效应以及转轴的磁化效应。磁力线分布不对称通常是由于叠片层的不对称的间隙引起的。除电机类转子外，其他设备也会因轴的磁化效应而产生轴电流。
轴的磁化效应是转轴由于各种原因而带有磁性，例如转子存在不平衡电流绕组使转轴磁化，焊接、摩擦、碰撞以及电涡流装置均可能使设备带有磁性，并建立起磁场。旋转磁场切割导体，会在这些零件内感应起一定电位，当电位升高到足以击穿油膜时，就形成电流回路。这种电流回路可能穿过整个转子，也可能仅在轴承中或浮环密封中形成局部的短路电流，轴承或浮环中的短路电流又会产生新的磁场，磁化转轴或其他零件（图1-1中的两类情况）。因此，这种磁电相互转换，会在机组内形成很强的磁场，并出现很高的电流。
图1-1 转轴上局部短路电流感应的磁场
现代大型化工装置中蒸汽透平驱动的离心压缩机组虽非电力设备，但有时也会形成很高的轴电流，研究证实这是一种由粒子碰撞与摩擦引起的静电效应。对于蒸汽透平一离心压缩机组，多数是由于湿蒸汽粒子碰撞使转子带电，尤其是冷凝式蒸汽透平，末几级的湿含量很高，水蒸气粒子对转子叶片的碰撞和摩擦将使转子产生静电效应而带电。因此，在冷凝式蒸汽透平中会较多地遇到轴电流问题，而在背压式蒸汽透平中较少发生。
此外，离心压缩机和蒸汽透平转子工作时也可能因润滑油引起带电，当润滑油通过过滤器时，由于滤网的通路很小，通常只有几个微米，油分子与滤网的碰撞与摩擦会导致分子带电。因为润滑油基本上是一种非导电介质，即使通过相当长的接地管线后，油分子仍能保持带电，并把电荷转移到被润滑的轴颈表面而产生轴电位。当电位升高到一定值时，将在油膜电阻最低处击穿而产生电火花放电。
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