一种提高电机轴承散热性能的改进方法

崔会璀，张学军，靳南

（中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司，河北 唐山 063200）

一种提高电机轴承散热性能的改进方法

崔会璀，张学军，靳南

（中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司，河北 唐山 063200）

通过对过去5年电机轴承损坏率统计分析得出，轴承在运转时散热差，温度过高是导致轴承损坏率高的主要原因。本文应用风冷散热原理，改良了电机联轴器的机械结构，通过增加扇叶结构和通风口设计，形成了联轴器风冷系统。通过实际操作证明改进方法可降低电机轴承平均温度20 ℃左右，使轴承坏损率降低近4倍。该改造方法大大增加了轴承的运行周期，减少了因过热产生电机抱死或烧毁等安全隐患，降低生产成本，方法可行且易于推广。

电机轴承；风冷散热；风扇结构；通风口；风冷系统

自2009年以来，高尚堡联合站10 000 m2污水处理系统增加了一套精细过滤器对终端水质进行处理。三级过滤提升泵主要为滤后水提供动力输送至精细过滤器中，在运行过程中具有重要作用，而其电机轴承的使用周期直接影响着终端水质处理效率。

据实际电机轴承损坏情况统计，2009～2014年，三级过滤提升泵更换轴承共计63次，其中因电机轴承过热引起更换共计43次，其他原因如正常磨损、轴承跑内外套等共计20次，高温致损率高达68.25%。因温度过高而引起轴承损坏成为亟需解决的设备维护问题。

现场设备情况：两台三级过滤提升泵型号为200S-63A卧式双吸离心泵（流量：252 m3/h，扬程54 m），使用方式—用—备。提升泵电机型号为YB250M-2卧式三相异步电动机（功率：55 kW，额定电压380 V，额定电流102.6/59.1 A，转速2 970 r/min）。现场为不停机设备，需24 h正常运转。改造前三级过滤提升泵电机前端轴承并无任何冷却措施。电机后端风扇只针对电机降温，并不能改善电机前端轴承运行温度。

在排除非正常情况下，如电机运行环境温度过高、电机负荷大、轴承润滑油不合适、轴承磨损严重等原因后，电机轴承正常运行温度为70～90℃。电机在正常运行情况下，前轴承温度过高，长时间高温运行下，易造成轴承损坏抱死，电机发热绝缘烧坏，影响正常生产。

1 电机联轴器结构改进原理与方法1.1 改进原理

根据风冷散热原理，通过对电机联轴器机械结构的改良，实现利用风冷对电机轴承进行降温。风冷散热，实际上就是强制对流换热［1］。对流换热是指流体与跟其相接触的固体表面或流体具有不同温度时所发生的热量转移过程。热源通过风扇与空气分子进行受迫对流，将热量散发到空气中。风扇不断向热源吹入冷空气，流出热空气，完成热的散热过程。

由于机泵电机轴承与电机上的联轴器距离短，一般只有30～80 mm。为此创新性的提出通过改变联轴器的结构，实现对电机前端轴承的降温。在机泵高速转动时，在转动物体表面会产生一股向外的旋风［2］。依据风力学原理，这股旋风会附着在转动物体表面。我们通过改变联轴器形状，从而改变风的运行方向，利用风冷降低轴承温度。

1.2 改进方法

依据相关设计理论［3～4］，我们在联轴器端面上等分成三份，切割出与电机转动逆方向的弧形，深度为6 mm。切面成旋转逆方向并形成坡度，形成一个风扇形状，使运转时风向与电机轴转动时方向一致，如图1。这种风扇结构使得气体流向垂直于转轴，在较小的气流空间中可更大程度提高对流换热效率。

联轴器装在电机轴上，由于端面是弧形的实心体，联轴器在旋转时并无空气进行补充。基于风扇涡流理论，改良的风扇结构已构成涡流系［5］，因此，我们在联轴器端面坡度处开三个进风孔眼，直径为8 mm，同时在联轴器外径面上设置三处出风口，利用涡流压缩吸收外界冷空气的方法，进一步增加了空气流通性。出风口与进风口一一对通，且出风口与电机轴旋转方向相反，使风能够从出风口吹出对轴承降温。通过实际操作测试表明，该联轴器的结构改造对正常使用无影响。

图1 电机联轴器结构改造效果对比图

2 电机联轴器改造效果对比

我们对两台完全相同三级过滤提升泵，在同一情况下分别使用改造前和改造后的电机运行2 h，对电机前轴承运行温度进行测量，对比前后温度值。温度统计结果如表1所示，可以发现改造后电机前轴承温度可降低20 ℃左右，大大降低了电机轴承运行温度。表2显示了改造前后电机轴承的坏损率由原来的1.408 次/kh降低到0.375 次/kh，降低了近4倍，证明本文提出的改进方案在降低三级过滤提升泵坏损率应用上具有较高的实用性和有效性。

表1 改造前后电机前轴承运转温度对比统计

表2 改进前后三级过滤提升泵的坏损率对比

3 结论

本文提出的电机联轴器结构改造方案，通过实际操作证明可降低电机轴承平均温度20 ℃左右。通过有效降低电机前轴承温度，降低轴承坏损率近4倍，大大增加了轴承的运行周期，减少因温度过热产生电机抱死烧毁等安全隐患。同时，该方法易于推广，对于机泵正常运行提供了有效的保证。

［1]顾守岩，张卢伟，安志强. 压力对气体强制对流传热系数的影响［J］. 辽宁化工，2009，38（10）：734～740.

［2]斯蒂芬•奥斯丹尼，黄德荃. 动力学与电风扇设计的演变［J］. 1850～1960装饰，2014，（01）：28～35.

［3]刘艳萍，万欣. 风扇叶片的气动设计研究［J］. 日用电器，2013，（7）：41～44.

［4]许江晨，刘海平. 外转子风机散热结构优化设计［J］. 自动化博览，2009，26（8）：84～87.

［5]包飞. 风力机叶片几何设计与空气动力学仿真［J］. 大连理工大学硕士，2008.

（P-01）

吉安依法拆除两家小型废旧塑料加工作坊

江西省吉安市吉水县环保局日前联合吉水县双村镇政府依法对境内的两家小型废旧塑料加工作坊进行了拆除，对其实施强制关停。这是自今年4月以来，吉水县环保局开展环保大检查行动的一个缩影。

据环境执法人员介绍，两家废旧塑料颗粒加工作坊的厂房都是简易搭建的工作棚，工艺落后，无环保审批手续，无污染防治设施。这两家加工作坊主要以废旧农药化肥袋、水泥袋等为原料，不仅所收集的原料中含大量有害污染物，生产过程中产生的废水被随意排放，同时，废塑料加热产生大量浓烟和臭味，对周边群众生活环境造成影响。执法部门曾多次责令其停止生产，但受利益驱使，这些作坊仍暗地里非法生产，反弹现象严重。取缔当天，执法人员对违法加工点予以拆除，对机器设备等进行扣押。据介绍，此次拆除行动有力震慑了当地的非法排污企业。截至目前，两家废旧塑料加工作坊已经全部拆除完毕。

摘编自“中国塑料网”

A method of improving thermal performance of motor bearings

TM302

1009-797X（2016）02-0036-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.010

崔会璀（1989-），男，助理工程师，2012年于杭州电子科技大学获得学士学位，现为中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司油气集输公司高尚堡联合站设备管理员，主要从事机泵、自动化等方面的研究。

2015-11-27