Износы и повреждения подшипников электрических машин

Статистические данные и анализ повреждений вращающихся электрических машин свидетельствуют, что износ и выход из строя подшипников, наряду с выходом из строя изоляции обмоток, являются наиболее частыми причинами отказов электрических машин. В преобладающем большинстве случаев при износе подшипников ротор (якорь) начинает задевать за активную сталь статора (индуктора), в месте задевания резко увеличивается температура или происходит сдвиг листов в зубцах, что приводит к повреждению изоляции обмоток.

Вследствие повреждений подшипников возникает 20—25% отказов электродвигателей серии А и 10—40% серии АО; по вине подшипникового узла происходит около 10% отказов электродвигателей серий А, АО, А2, АО2, АОЛ, АОЛ2.

Конструкция подшипниковых узлов электрических машин мощностью до 125 кВт сравнительно проста. В электрических машинах используют шариковые и роликовые подшипники качения и подшипники скольжения. В преобладающем большинстве электрических машин применяют подшипники качения. В электродвигателях единой серии 4А с высотой осей вращения 56—132 мм устанавливают шариковые подшипники.

В электродвигателях с большей высотой вращения со стороны привода устанавливают роликовые, а с противоположной стороны — шариковые подшипники. Наиболее распространенной причиной выхода из строя подшипников качения является износ поверхности беговых дорожек и тел качения, вследствие чего увеличивается радиальный зазор в подшипниках.

При работе электрических машин смазка в подшипниках стареет и загрязняется пылью и абразивными частицами, которые попадают в подшипник из окружающей среды или с электрической машины (металлическая пыль, продукты коррозии и износа щеток и др.). При интенсивном проворачивании внешнего кольца подшипника вследствие ослабления посадки в подшипниковом щите частицы материала щита также попадают в подшипник. Особенно часто это явление наблюдается у электродвигателей с подшипниковыми щитами, изготовленными из алюминиевого сплава.

Одной из причин выхода подшипников из строя также является неправильная их посадка на вал. При напрессовке подшипников на вал с большим натягом возникает защемление тел качения, повышенный нагрев и выгорание смазки. В этих случаях подшипники быстро изнашиваются. При слабой посадке подшипников их внутренние кольца вращаются на валу, нагреваются и расширяются, в результате чего защемляются тела качения и подшипник также выходит из строя.

У электродвигателей наиболее часто выходят из строя подшипники со стороны конца вала со шпоночной канавкой, что объясняется большей нагрузкой подшипников, установленных со стороны приводимых электродвигателями механизмов. В машинах постоянного тока отказы подшипников со стороны коллектора составляют 60—90% всех отказов подшипников. Такое явление связано с интенсивным попаданием в подшипники пыли, возникающей при трении щеток о поверхность коллектора.

Большое влияние на срок службы подшипников, наряду с другими факторами, оказывает вибрация электрических машин в результате неуравновешенности вращающихся частей, передачи вибрации от приводимого электрической машиной механизма и пр.

Долговечность подшипников рассчитывается исходя из условий усталостной прочности, на которую основное влияние при нормальной эксплуатации оказывают нагрузка и скорость вращения.

Срок службы подшипников можно рассчитать по формуле:

Приведенная нагрузка определяется с учетом радиальной и осевой составляющих нагрузки на подшипник, его кинематики, вибрации и температуры. Показатель k для обычно применяемых в подшипниковой промышленности сталей равен 3,33.

Условия работы подшипников скольжения имеют свои особенности. В электрических машинах напряжением до 500 В, которые широко используются в народном хозяйстве, подшипники скольжения почти не применяются, за исключением подшипников погружных электродвигателей. В подшипниках погружных электродвигателей подшипниковая пара состоит из напрессованной на вал втулки из нержавеющей стали 3X13 или 4X13 и резиновой втулки, армированной железом, или втулки из текстолита марки Б. Резиновую армированную втулку или текстолитовую втулку запрессовывают в подшипниковые щиты. Смазкой таких подшипников служит вода, заполняющая внутреннюю полость электродвигателя и заливаемая перед его опусканием в скважину. Для изготовленных из нержавеющей стали втулок радиальных подшипников характерным является износ поверхности и наличие трещин. Износ поверхности по длине втулок обычно равномерный. В случаях повреждения узла уплотнения верхнего конца вала во внутреннюю полость электродвигателей попадает песок или другие абразивные частицы и на поверхности втулок возникают кольцевые риски.

Проверка состояния поступающих в капитальный ремонт погружных электродвигателей показала, что у 22,8% электродвигателей имеются трещины вдоль втулок. Это объясняется тем, что нержавеющие стали 3X13 и 4X13 после термообработки становятся хрупкими. После напрессовки на валы в таких втулках возникают внутренние напряжения, значения которых приближаются к пределу прочности втулок. Обычно после напрессовки и охлаждения во втулках возникают начальные небольшие микротрещины, которые в процессе эксплуатации электродвигателей развиваются и превращаются в трещины, проходящие по всей длине втулок, в результате чего подшипник выходит из строя.

Для резиновых и текстолитовых втулок подшипников характерными являются износ и выкрашивание материала на рабочих поверхностях. У некоторых втулок из текстолита на рабочих поверхностях наблюдаются следы подгорания, вызванные, так называемым, «сухим ходом» электродвигателя, т. е. работой подшипников без смазки водой. Наиболее распространенными дефектами упорных подшипников погружных электродвигателей являются трещины на рабочей поверхности пяты и выкрашивание поверхности трения подпятника.

Приведенные выше данные об отказах и характерных дефектах подшипников электрических машин свидетельствуют о том, что подшипники являются элементом электрических машин, требующим периодического контроля технического состояния в процессе эксплуатации.