臺玉平1 崔其山2 熊偉3 趙鑫1 鄭大海3 趙慧芹2

1.國家管網(wǎng)集團山東公司濟寧作業(yè)區；2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司；3.國家管網(wǎng)集團儲能技術(shù)公司

 

摘要：針對某輸油站一臺輸油泵的高壓電機在連續運行2個(gè)月及40℃高溫環(huán)境下驅動(dòng)端溫度達90℃并持續上升的異�，F象，結合設備檔案、返廠(chǎng)大修數據及軸瓦溫度特性研究成果，開(kāi)展系統診斷與修復研究。通過(guò)振動(dòng)檢測、潤滑油分析排除常規因素后，返廠(chǎng)拆解發(fā)現軸承接觸角超標、繞組絕緣老化及通風(fēng)系統堵塞等核心問(wèn)題�；�于熱平衡理論與摩擦學(xué)原理，實(shí)施軸承精密修復、繞組絕緣強化及散熱系統優(yōu)化等措施，修復后電機空載溫度降至70℃，額定負載運行穩定。研究為高溫環(huán)境下輸油泵電機故障處理提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：輸油泵電機；溫度異常；高溫環(huán)境；故障診斷；設備修復

 

輸油泵電機作為原油長(cháng)輸管道的核心動(dòng)力設備，其運行狀態(tài)直接影響管輸系統的安全性與經(jīng)濟性。在夏季高溫環(huán)境中，電機常因散熱條件差、部件老化等因素出現溫度異常，若處置不及時(shí)可能導致設備停機甚至引發(fā)安全事故。魯成云[1]等通過(guò)對哈密區域輸油泵電機的研究表明，夏季軸瓦溫度異常占全年故障總數的65%以上，其中驅動(dòng)端溫度超標是最常見(jiàn)的失效模式之一。

某輸油站輸油泵電機在2025年夏季連續運行期間，驅動(dòng)端溫度突破90℃報警閾值，且呈現持續上升趨勢。該電機為德國魯爾泵配套西門(mén)子系列產(chǎn)品，2010年投入運行，額定功率1165 kW，轉速2985 r/min。本文結合設備檔案、返廠(chǎng)大修記錄及現場(chǎng)試驗數據，設計“現象解析—原因溯源—修復驗證”的技術(shù)路線(xiàn)，系統分析高溫環(huán)境下電機溫度異常的形成機制，提出針對性解決方案。

1  設備概況與故障特征

1.1  電機技術(shù)參數

根據輸油站設備檔案記錄，電機主要參數如下：工藝編號P0402，規格型號ZLMIP440/60，揚程290 m，流量1350 m³/h，配套輔機型號2NP9015，額定電壓6000 V，額定電流148 A，轉速2985 r/min，絕緣等級F級，輸送介質(zhì)為原油，安裝于輸液泵區。軸承采用水平中開(kāi)式自潤滑結構，潤滑油型號為美孚抗磨液壓油DTE22（ISO VG22），與魯成云研究中使用的潤滑油型號一致。

1.2  故障現象描述

2025年5月中旬，輸油站遭遇持續高溫天氣，泵房環(huán)境溫度達40℃。運行監測顯示，連續運轉2個(gè)月的P0402電機驅動(dòng)端溫度從正常運行的80℃逐漸攀升（圖 1），5月14日13時(shí)達到90℃，觸發(fā)PLC系統高報警�，F場(chǎng)紅外熱成像圖顯示，溫度異常集中于驅動(dòng)端軸承箱區域，呈現明顯的局部過(guò)熱特征。

圖 1 電機驅動(dòng)端溫度曲線(xiàn)圖 

電機運行聲音無(wú)異常，振動(dòng)監測數據顯示：驅動(dòng)端水平方向1.8 mm/s、垂直方向1.5 mm/s、軸向1.2 mm/s，均處于ISO2372標準的A區[2]（優(yōu)秀）范圍，排除劇烈振動(dòng)導致的摩擦加劇因素。

2  前期故障排查

2.1  潤滑油系統檢測

按照“五定管理”要求對驅動(dòng)端軸承箱進(jìn)行檢查表明：①油位處于觀(guān)察窗1/2位置，符合運行標準；②油質(zhì)清澈無(wú)乳化，40℃運動(dòng)黏度實(shí)測21.5 cSt（標準值21±1 cSt）；③鐵譜分析顯示磨粒濃度0.02 mg/L，無(wú)異常磨損顆粒。為驗證潤滑效果，采用三級過(guò)濾方式重新加注同型號潤滑油，空載運行4小時(shí)后溫度仍維持在78 ℃～80 ℃區間（圖 2），排除潤滑油劣化或供應不足的影響。

圖 2 更換潤滑油后電機空載運行驅動(dòng)端溫度曲線(xiàn)圖 

2.2  散熱條件評估

依據魯成云提出的熱平衡公式：

ΔQ＝Q1－1.29ρV（T2－T1）   （1）

式中：Q1為軸系發(fā)熱量，W；ρ為空氣密度，1.1 kg/m³（40℃時(shí)）；V為換熱空氣體積，m³；T2為軸瓦溫度，℃（90℃）；T1為環(huán)境溫度，℃（40℃）。

計算得ΔQ > 0，表明軸系發(fā)熱量大于散熱量�，F場(chǎng)測量顯示：①散熱風(fēng)扇轉速2980 r/min（額定2985 r/min）；②電機表面溫度78℃，環(huán)境溫度40℃，溫差38℃；③通風(fēng)道入口風(fēng)速1.2 m/s，較設計值下降約15%。初步判斷存在散熱效率不足問(wèn)題，但需進(jìn)一步排查熱源強度。

2.3  電氣參數監測

通過(guò)電機智能監控系統記錄運行參數：①三相電流平衡（146 A～148 A）無(wú)明顯偏差；②功率因數0.91（額定值0.91）；③定子繞組溫度65℃（F級絕緣允許上限155℃）。電氣參數無(wú)異常，排除電氣過(guò)載或繞組短路導致的溫度升高。

3  返廠(chǎng)大修診斷分析

3.1  拆解檢查結果

電機返廠(chǎng)后，按照西門(mén)子維修規程進(jìn)行全面檢測，對軸承系統、繞組絕緣狀態(tài)、風(fēng)扇組件進(jìn)行了試驗檢測，結果如下。

（1）軸承系統磨損。檢測結果表明：①驅動(dòng)端滑動(dòng)軸承接觸角實(shí)測95°，超出標準范圍（60°～85°）；②軸頸表面存在沿圓周方向的摩擦痕跡，粗糙度Ra升至1.6μm（標準Ra為0.8μm）；③頂間隙實(shí)測0.25 mm，超出允許上限（0.22 mm），側間隙0.20 mm（標準0.10 mm～0.22 mm）。根據谷文淵[3]提出的軸瓦磨損理論，接觸角超標導致油膜承載力下降，邊界摩擦加劇，摩擦系數μ從0.01增至0.03，按軸功率損失公式：

Nr＝10.5×10-4×n×M    （2）

式中，n為轉速，M為摩擦力矩，發(fā)熱量增加約3倍。

（2）繞組絕緣狀態(tài)。絕緣檢測數據如下：①定子繞組對地絕緣電阻2500 MΩ（冷態(tài)，標準≥1000 MΩ）；②介損值：1.0Un下2.25%（出廠(chǎng)值0.8%）；③局部放電量16 nC（標準≤20 nC）；④紫外成像顯示繞組端部存在微弱放電現象。檢測結果表明絕緣存在老化趨勢，但未達到故障閾值，對溫度異常的影響有限。

（3）通風(fēng)系統堵塞。檢測結果顯示，①風(fēng)扇葉片附著(zhù)1.5 mm厚油污層，導致通風(fēng)量下降約20%；②電機內部通風(fēng)道積塵量0.3 kg/m²，熱阻增加約15%；③散熱片間縫隙堵塞率約10%，影響輻射散熱。

3.2  故障原因確認

綜合分析認為，溫度異常的核心原因包括：

（1）軸承接觸角超標導致油膜不穩定，摩擦生熱增加。

（2）通風(fēng)系統堵塞降低散熱效率，高溫環(huán)境加劇熱積累。

（3）絕緣老化產(chǎn)生少量附加損耗，但為次要因素。

三者形成“摩擦加劇—散熱不足—高溫環(huán)境”的惡性循環(huán)，最終導致溫度失控。

4  修復措施與工藝

4.1  軸承系統修復

修復措施：①在電機制造廠(chǎng)更換了驅動(dòng)端滑動(dòng)軸承，采用錫基巴氏合金（ZChSnSb11-6）重新澆注（圖 3）；②對軸頸表面精密磨削，使其恢復Ra為0.8μm粗糙度；③按API標準調整間隙：頂間隙0.18mm，側間隙0.15 mm，接觸角75°，接觸點(diǎn)密度為3點(diǎn)/cm²。修復后進(jìn)行油膜承載力測試，在2985 r/min轉速下，油膜厚度能達到0.08 mm，滿(mǎn)足穩定運行要求。

圖 3 電機解體更換滑動(dòng)軸承 

4.2  繞組絕緣強化

修復措施：①采用真空浸漆工藝（F級無(wú)溶劑環(huán)氧漆）處理定子繞組；②對定子繞組端部包扎補強，固化后介損值降至0.9%；③局部放電量控制在8 nC以下。

4.3  通風(fēng)系統優(yōu)化

修復措施：通過(guò)徹底清潔風(fēng)扇葉片及通風(fēng)道，去除油污和積塵，對風(fēng)扇葉片做動(dòng)平衡校正，檢測到殘余不平衡量≤28 g（ISO 1940G2.5級），同時(shí)為增加通風(fēng)效果，在軸承箱外側增設導流罩，使通風(fēng)量提升40%。

5  修復效果與驗證

修復后在原廠(chǎng)進(jìn)行空載試驗合格后出廠(chǎng)，在輸油站完成電機原位安裝，為驗證修復效果，分別進(jìn)行了空載試驗、額定功率滿(mǎn)負荷試驗，以及較長(cháng)時(shí)間的驅動(dòng)端振動(dòng)溫度持續監測和記錄，結果如下。

5.1  空載試驗

原位安裝后在環(huán)境溫度35℃條件下進(jìn)行空載運行測試：①驅動(dòng)端溫度穩定在70℃以下，非驅動(dòng)端62℃，溫差約8℃（圖 4）；②振動(dòng)值：水平1.2 mm/s，垂直1.0 mm/s，軸向0.8 mm/s；③風(fēng)扇通風(fēng)量較修復前增加22%。熱平衡計算顯示ΔQ ≈ 0，達到熱穩定狀態(tài)。

圖 4 大修后空載運行電機驅動(dòng)端溫度曲線(xiàn)圖 

5.2  負載運行驗證

利用當季高溫環(huán)境，8月20日通過(guò)加載至額定功率1165 kW連續運行48小時(shí)進(jìn)行效果驗證，結果表明：①驅動(dòng)端最高溫度82℃，環(huán)境溫度38℃；②三相電流147 A，功率因數0.91；③潤滑油溫度72℃，處于魯成云提出的“最優(yōu)性能溫度區間（75℃左右）”。

5.3  長(cháng)期監測

2025年8月8日進(jìn)行回裝，空載運行至8月12日，持續檢測5天，8月20日帶載運行至22日，持續3天。跟蹤數據顯示：①環(huán)境溫度35℃～40℃時(shí)，驅動(dòng)端溫度穩定在75℃～82℃；②無(wú)溫度報警記錄；③振動(dòng)、電流等參數均在正常范圍。驗證結果表明，修復措施有效解決了溫度異常問(wèn)題。

6  結語(yǔ)

通過(guò)對電機進(jìn)行返廠(chǎng)大修，實(shí)施了軸承、繞組和通風(fēng)系統的檢測與優(yōu)化，并經(jīng)過(guò)空載、負荷試驗以及投運后的長(cháng)期監測，證明修復措施取得了良好效果，由此得出以下結論。

（1）P0402電機驅動(dòng)端溫度異常是軸承磨損、通風(fēng)堵塞與高溫環(huán)境共同作用的結果，其中軸承接觸角超標是核心誘因。

（2）采用“軸承精密修復+通風(fēng)系統優(yōu)化”的組合方案可有效恢復電機熱平衡，修復后溫度降低20℃以上。

（3）高溫環(huán)境下輸油泵電機運維應重點(diǎn)關(guān)注軸承狀態(tài)監測與散熱系統清潔，按照Q/SY XG 0098—2019臥式離心輸油泵機組操作維護檢修規程要求，建議每2000小時(shí)進(jìn)行一次潤滑油檢測和通風(fēng)道檢查。

 

參考文獻：

[1]魯成云.輸油泵電機軸瓦夏季溫度偏高原因分析及對策[J].機電信息，2023(12)：27-30.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.008.

[2]Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10 to 200 rev/s-Basis for specifying evaluation standards: ISO 2372—1974 [S]. Geneva：International organization for Standardization，1974.

[3]谷文淵，張紅葉，王宇航，等.輸油泵電機軸瓦夏季溫度偏高原因分析[J].石化技術(shù)，2024，31(07)：376-377.

 

作者簡(jiǎn)介：臺玉平，碩士研究生，就職于國家管網(wǎng)集團山東公司濟寧作業(yè)區，長(cháng)期從事設備管理工作。聯(lián)系方式：15511016508，Taiyuping1@163.com。