高压注水泵电机轴损伤的原因分析与处理

【摘要】往复式高压注水泵是油田注水的重要设备之一，其电机正常使用与维修保养对油田注水有重要影响。本文通过对我厂注水泵电机动力端改造完成后，出现电机轴抱死的问题的原因进行分析与处理方法。

【关键词】电机 变频 改造 抱死

1 设备情况介绍

长庆油田第五采油厂姬五联合站于2010年11月投入运行，其采出水及清水回注采用宁波钱湖的FF5DSB高压往复柱塞泵，动力端使用型号为2-355-L1-6B普通电机，电机功率为220KW。由于前期注水量小设备工频运行时，工作效率低，电量浪费大。在设备使用一年后对电机进行变频改造，在未改变电机的情况下，增加变频柜来控制电机转速，以达到节电提效目的。改造完成后电机运行正常。2012年8月由于注水任务增加，为了提高注水量又对电机端的皮带轮进行改造，将原来直径33CM的皮带轮增大为39CM。改造几天后一台电机发生故障，经打开电机检查，发现皮带轮端轴承跑内套造成电机轴损伤而发生轴抱死故障。在改造前设备厂家保证其改造经过了计算，电机足以满足改造要求。对于出现的电机故障，我大队组织技术人员对设备的运行和维修过程进行了观察和分析。

2 故障原因分析2.1 设备数据

液力端 ：柱塞直径Φ=50mm、柱塞行程S=175mm、往复次数255、大皮带轮直径D=1265mm、注水泵压力P=22MP、柱塞数5个、油牌号CD40.。

动力端：电机功率220KW、额定电流402A、电压380V、转数990r/min、小皮带轮改前d1=330mm、改后d2=390mm、负荷侧轴承型号NU322、无负荷侧轴承型号6322、轴承3号锂基脂。

3 电机轴的受力分析

F1为皮带轮紧边皮带拉力，F2为皮带轮松边皮带拉力，F为皮带轮所受拉力，T泵为泵施加在电机轴上的转矩，T电为电机轴上的电磁转矩，Ra Rb分别为a，b 电所受的力，W为弯矩图，T为扭矩图。

以电机在满负荷条件下计算：

电机轴所受的转矩：T=T电=9550N/

n=9550X220/990=2122.2n..m。

已知 注水泵压力P=22MPa，柱塞直径Φ=50mm，冲程S=175mm，柱塞数量5个，小皮带轮直径d=390mm，大皮带轮直径D=1265mm。

F1、F3为大小皮带轮的紧边拉力，F2、F4为大小皮带轮的松边拉力。

由图可以看出：F1=F3，F2=F4.设皮带的有效拉力为Fe，则Fe=F1-F2=F3-F4

因大皮带轮所受力矩M=FeXD/2，所以Fe=2M/D=2X5815.7/1.265=9195N

则小皮带所受的力矩m=FeXd/2=9195X0.39/2=1793nm。

小皮带轮所受拉力F=F1+F2，查设计手册得公式：，d≤100mm

电机轴动力端轴承处所弯矩为最大点 其直径为110mm，因此轴的抗弯强度基本满足要求。

5 泵的轴功率计算

N轴=TXn/9550，T=M=5817.7nm， n=

（d/D）X990=305r/min

N轴=5817.7X305/9550=185.7KW N= N轴X1.2=185.7X1.2=223KW

电机的额定功率为220KW 现在最大负荷情况下电机负荷为223KW，可以看出电机功率在最大负荷已经微弱超出额定功率。