一、引言

（一）研究背景和意义

背景：

1.  国内市场需求：随着国内工业的快速发展，对电动机的需求不断增加。然而，进口电动机存在价格高、供应不稳定、备件价格高、技术服务难等问题，因此国产化电动机的研究具有重要的现实意义。

2. 技术差距：在大型化工领域，国内电动机的技术水平与进口电动机相比还存在一定差距。通过对进口电动机的改进和国产化研究，可以提高国内电动机的技术水平，缩小与国际先进水平的差距。

3. 产业升级：电动机是化工行业的核心部件之一，通过进口电动机的改进和国产化研究，可以推动相关产业的升级和转型，提高国内制造业的竞争力。

意义：

1. 降低成本：国产化电动机的研究可以降低生产成本，提高产品的性价比，使其更适合国内市场的需求。

2. 提高自主创新能力：通过对进口电动机的改进和国产化研究，可以培养国内的研发团队，提高自主创新能力，推动技术进步。

3. 保障产业安全：电动机是许多关键领域的重要设备，实现国产化可以降低对进口产品的依赖，保障产业安全。

4. 促进经济发展：国产化电动机的研究和推广可以带动相关产业链的发展，促进就业，推动经济增长。

总之，进口电动机改进国产化电动机的研究背景是基于国内市场需求、技术差距和产业升级的考虑，而意义在于降低成本、提高创新能力、保障产业安全和促进经济发展等方面。这一研究有助于推动国内电动机产业的发展，提高国家的工业竞争力。

（二）电动机简介和研究问题

电动机简介：聚合装置共有四台反应器搅拌器同时运行，该搅拌器驱动为德国西门子厂家生产的1320kW变频电动机，电源电压0-6000V，卧式安装，极数为4极，中心高560mm，自重8970kg，型号：DHUW-560LK-04A，电动机前轴使用1盘NU1034 M1轴承，后轴使用两盘舍弗勒品牌7334B MP UA轴承镜像安装，轴承前端盖用12个直径φ24mm，高33.5mm的弹簧、后端盖用18个直径φ39mm，高50mm的弹簧来固定轴承位置并提供预紧力。

研究问题：

1. 技术可行性：评估将进口电动机改造为国产化电动机的技术可行性，包括对电动机设计、制造工艺、材料等方面的分析。

2. 性能匹配：研究如何确保国产化电动机在性能上与进口电动机相匹配，如功率、效率、转速等参数的对比分析。

3. 可靠性和质量：关注国产化电动机的可靠性和质量，通过实验和测试验证其在各种工况下的稳定性和耐久性。

二、进口电动机的性能分析

 烯烃二分公司大检修周期为3-5年，正常运行周期内不再停机进行各类设备检修，电动机定期检修后，带载运行振动、温升、加速度等数据均符合《GB/T10068-2020轴心高为56mm及以上电机的机械振动的测量、评定及限值》标准，运行过程中严格按电动机名牌标识要求后轴轴承加油每2000小时190克，运行过程中负荷无过载等现象。稳定运行一年后后轴轴承出现轻微杂音，现场测量电动机运行数据后轴水平振速1.9mm/s，垂直振速1.9mm/s，高频加速度4.5m/s²，轴承温升20℃，各项运行数据符合规范要求。通过状态监测分析1.设备正常运行时各测点振动烈度较低、总体小于2mm/s RMS，振动频谱以1X、2X特征为主。2.电机非驱动侧解调谱存在较为丰富的84Hz（4X）及其谐波特征，振动噪声起线较高。判断电机非驱动侧轴承存在轴承松动，可能引起轴承偏斜或动静摩擦。初步判断电动机仍能坚持运行，为了保障装置生产，未停机进行检修，同时安排人员四小时进行一次电动机特护。当电机定期加油后，后轴轴承温升至50℃，并且在运行过程中长期不下降，运行6个月后轴承内部发出“唰唰”的异响声音，现场测量电动机运行数据后轴水平振速3.2mm/s，垂直振速3.1mm/s，高频加速度12m/s²，轴承温升60℃。各项运行数据超过规范要求。

通过状态监测分析振动偏高约3.0mm/s RMS，非驱动侧解调谱中存在大量162Hz谐及转速边带特征，轴承冲击Peakvue能量约14G'S上下对比驱动侧数据明显偏高。查阅7334B MP UA轴承故障数据，现场采集的数据与该轴承内圈滚道故障接近，判断电机非驱动侧轴承滚道金属剥落。电动机无法继续运行，需停机进行检修。

将电动机解体后，发现7334B MP UA角接触轴承外圈位置出现轻微松动，后端盖预紧力用的弹簧发生了永久性形变，18个直径φ39mm，高50mm弹簧形变尺寸最大为5mm，最小的形变尺寸为2mm，12个直径φ24mm，高33.5mm弹簧形变尺寸最大为3mm，最小的形变尺寸为1mm。解体7334B MP UA角接触轴承发现内圈磨损严重，滚珠磨损严重。

剖析问题原因，后轴轴承是通过弹簧提供预紧力，弹簧发生不均匀永久形变后产生了预紧力不平衡的情况，预紧力长久性不平衡导致轴承转动过程中外圈松动，外圈松动后滚珠窜动发生内环磨损。

三、国产化电动机的设计改进

 1.第一次改造

根据《西门子电动机保养手册》该电动机需两年进行一次弹簧和轴承更换，由于分公司大检修周期为3-5年，不具备检修条件，同时进口弹簧共30个费用约为6万元，更换后仍然满足不了大检修周期，不能坚持3-5年运行周期，在中途维护该电动机不仅影响装置生产同时维修成本过高。经研究讨论将该电动机后轴轴承室内、外端盖进行改造。查阅舍弗勒7334B MP UA轴承使用说明，该轴承能承受单向的轴向力和较大的径向力，如其相对于相邻镜像安装的另一个轴承必须轴向可调。

通过轴承结构分析该电机承受了较大的径向力和轴向力。轴承外圈松动是预紧力弹簧发生永久性形变导致，本次改造决定不再使用弹簧来提供预紧力，查阅舍弗勒轴承手册QJ334四点接触球轴承的滚道带有高的挡边，接触角为35°和尽可能多的滚动体，这种设计具有高的承载能力，能够承受大的双向轴向载荷和小的径向载荷，并经常与一个径向轴承组合使用，用作推力轴承。NU334轴承结构决定了只能承受径向力，同时该两个轴承尺寸刚好与原7334B MP UA轴承一致，如果只更换这两盘轴承，能确定的是轴向力是承受在了QJ334四点接触球轴承但是无法确定轴向力是否承受在了NU334轴承，轴向力可能承受在QJ334轴承也可能承受在NU334轴承。于是决定放大安装QJ334轴承的轴承室2mm，让其外圈不与轴承室接触，同时QJ334N2轴承外圈带有两个定位槽，将轴承室外端盖安装两个定位销，提供预紧力的同时也固定轴承外圈不让其与轴同时旋转，当承受径向力时QJ334轴承是可以自由下落，让径向力承受在NU334轴承上。所以将QJ334N2轴承安装在NU334轴承外侧，不然不能实现其自由下落。同时考虑到四点接触球轴承内外圈间隙较小，滚柱轴承内外圈间隙较大，将滚柱轴承放于内侧，四点接触球轴承放于外侧便于润滑脂在两个轴承之间流动。

2.第一次改造后运行情况

改造完成后电动机上线运行良好，现场运行数据后轴水平振速：1.2mm/s，垂直振速：1.5mm/s，高频加速度：3m/s²，轴承温升16℃。定期加油，工况无波动情况，运行6个月后，再次出现了后轴轴承发热现象，同时后轴承出现轻微的杂音，现场运行数据后轴水平振速：1.2mm/s，垂直振速：1.5mm/s，高频加速度：12m/s²，轴承温升75℃，温度呈无规律波动，有时温度上涨至80度，如不干预可能降至40度，有时温度上涨后达到80度仍上涨趋势明显，需加装轴流风机进行降温。

状态监测分析设备正常运行时各测点振动烈度较低、各测点总体均小于1mm/s RMS，原始振动特征中以1X、2X及高阶谐波为主。电机非驱动侧解调谱存在较为丰富的84Hz（4X）及其谐波特征，振动噪声起线较高。判断非驱动侧轴承存在配合不良，轴承存在早期磨损。于是决定让其继续运行，同时加强巡检频次。运行8个月后温度波动越来越频繁，如不加风机降温，轴承监测温度上升至95度后仍继续上升。轴承杂音也变得更加明显，于是对其进行频繁加油，加油后温升至60，一般情况下两天内，温升就降至25℃，但仍无规律波动，多次加油后排油空内仍无法排出废油。后期进行过多次状态监测，每次分析结果均与第一次相似。可以继续运行，运行11个月将其下线检修。

3.第一次改造后失败原因分析

解体电动机后发现后润滑脂变色非常严重，说明电动机轴承高温致使润滑脂碳化。两盘轴承发热严重，将轴承分别解体后均未发现明显异常。初步排除轴承质量问题。检查轴承室、内外端盖均未发现机械损伤。

多次加油后此电机无法从排油孔取出废油，温度频繁波动同时出现杂音说明改造后的轴承结构不适合该电机运行工况。该电动机为卧式安装，工艺用为搅拌作用，第一次改造考虑原轴承结构会承受较大的轴向力，但实际工况中并没有承受负载的轴向力。查询舍弗勒轴承使用手册得知QJ334N2角接触轴承，为了确保轴承的低摩擦运转，尤其在高速时，轴承必须承受一个最小轴向载荷。为了避免摩擦的过度增加，轴向载荷应足够大，以使滚动轴承在内外圈滚道上仅一个点接触。这就要保证Fa≥1.2Fr（Fa轴承轴向动载荷，Fr轴承径向动载荷）。如果四点接触球轴承只作推力轴承使用时，轴承外圈与轴承座孔间必须有一个足够大的径向间隙，这样径向载荷就不会作用到轴承上。

电动机与搅拌器联轴器结构两端为万向节结构，中间为花键连接，该联轴器最大安装长度1615mm，最小安装长度1480mm，框量尺寸为135mm，负荷侧也是用径向安装的两盘7334B MP UA轴承。现场实际测量联轴器长度1520mm，所以判断该电动机并不承受负载所给的轴向力。上次设计QJ334N2四点角接触轴承用作推力轴承，现场工况满足不了Fa≥1.2Fr，以至于摩擦过大导致轴承温度过高。

4.第二次改造

   既然电动机不承受负载所给的轴向力，单列深沟球轴承由于滚道的几何形状和采用钢球作为滚动体，能够同时承受双向轴向载荷和径向载荷。单列深沟球轴承的不对中补偿能力有限，所以必须准确定位。与原7334B MP UA轴承内外径均一致的单列深沟球轴承型号为6334，原后轴使用两盘轴承，如改为单列深沟球轴承只需使用一盘6334轴承，这样就会导致有一盘轴承的位置空置，不仅位置空置同时无法固定使用的单列深沟球轴承，为了填补空置位置同时也为了固定轴承，决定制作两个铁环来填补空置，内环直径与轴承内径一致，厚度为5mm，外环直径与轴承外径一致厚度为5mm，两个铁环中间空置，这样安装上就解决了空置问题又能起到固定轴承的作用。

改造完成后电动机上线运行，现场测量电动机运行数据后轴水平振速0.6mm/s，垂直振速0.4mm/s，高频加速度4.3m/s²，轴承温升10℃。各项运行数据超过规范要求。运行2400小时并未出现轴承温升过高现象，也未出现过杂音，说明此次改造良好。

8.总结

聚合装置反应器搅拌器电动机维护保养后运行中轴承经常会出现发热和噪音是困扰电气车间的一大问题，为了解决该问题，研究了原设计两盘单列角接触轴承初衷，根据轴承结构进行了第一次改造，改造后发现原设计单列角接触轴承承受轴向力与实际工况并不相符，于是对联轴器进行分析得出最终结论，第二次改造后电动机运行良好，最终解决了反应器搅拌器电动机运行中存下的问题。通过这两次改造说明原始的设计并不一定与实际工况相符，对生产装置中各种进口设备的设计保持敬畏的同时也要分析其是否符合实际工况，入不符合也可以通过研究进行改造，并在实践中检验改造是否正确，将理论与实际结合起来，毕竟实践是检验真理的唯一标准。电动机是现在各类生产中使用频率最高的驱动设备，电动机相当于生产装置的心脏，为各类机泵提供驱动力，电动机的安全、平稳运行直接关系到装置的稳定运行，所以将电动机内部轴承结构设计合理有着非常重大的意义。在今后的生产实践中我们持续不断的学习，将遇到的各类电动机问题进行深入的研究，确保每一台电动机设计合理。保障装置安全、稳定、长周期、满负荷、优化运行。

参考文献

（1）《GB/T10068-2020轴心高为56mm及以上电机的机械振动的测量、评定及限值》

（2）《西门子电动机保养手册》

（3）《舍弗勒轴承使用手册》