1 设备概况

2015年，山西漳电同华发电有限公司（以下简称同华电厂）对2×660 MW机组实施超低排放改造时，将引风机和增压风机合一。引风机为HU27054-221G型AP系列动叶可调式轴流风机，TB工况下轴功率为8250 kW；配套电动机型号为YFKS900-8W，功率5800 kW。引风机的驱动方式由纯电动驱动改为汽动和电动双驱动，且同轴布置，顺序依次为引风机—电动机—变速离合器—小汽轮机。机组带高负荷时小汽轮机和电动机共同驱动引风机；机组带低负荷时小汽轮机驱动引风机，电动机处于发电状态，将多余电量送至高压厂用变压器补充厂用电量。

2 设备异常现象

改造后的1号机组引风机于2016年8月整体投运，运行1周后1A引风机振动加剧，1A小汽轮机退出运行，振动有所减弱。9月13日1A小汽轮机退出运行，变速离合器在断开状态下运行，其他引风机机组也出现类似现象。拆检引风机滚动轴承发现，轴承滚珠存在电腐蚀现象。为了解决该问题，2016年年底检修期间在电动机靠离合器的一端增设绝缘碳刷。2017-02-01引风机机组再次投运，投运初期机组运行正常，两个月后，2A引风机机组出现振动增大趋势，振动速度由0.4 mm/s增至1.2 mm/s。2017-04-11，1A小汽轮机的离合器在汽轮机转速5320 r/min下无法啮合。正常情况下，离合器在汽轮机转速为5310~5320 r/min时啮合。

3 设备解体检查

将变速离合器轴承环拆下，发现支撑轴与轴承的配合面有较大磨损，且有点蚀现象。支撑轴和轴承的磨损从外观上看有部分相似，不同于机械磨损，有类似于电火花放电腐蚀后产生的坑状痕迹（如图 1、图 2所示）。

将离合器输出组件拆除，发现离合器的高速棘轮、高速棘爪、低速棘轮、低速棘爪均完好，而内齿及外齿磨损严重（见图 3），磨损表面呈褐色、有坑洼。磨损面斜面约为30°，侧面没有明显毛刺，轴和轴承面均有坑洼痕迹，离合器内没有块状铁屑，磨损部位不存在明显的塑性变形。由以上现象判断为电腐蚀所致^[1]。

内齿、外齿磨损后形成的形线如图 4所示，内齿大体形线为直线段+圆角+斜线段，外齿大体形线为直线段+大过渡圆角+斜线段。内齿形线形成原因为：直线段部分由内、外齿齿顶放电形成；圆角部分是齿顶部分磨损后，由后端倒角造成；斜线段部分是在磨损开始时，内、外齿的倒角和端面共同作用形成。外齿形线形成原因为：直线段部分由内齿齿顶放电形成；大过渡圆角是由于内齿的齿厚较小，内齿齿顶先磨损，然后内齿后端倒角放电形成；斜线段部分是在磨损开始时内、外齿倒角和端面共同形成^[2]。

磨损后的中继齿啮合后内齿齿顶和外齿的直线段配合，外齿齿顶和内齿直线段配合，内齿齿顶与外齿直线段配合间隙0.6 mm，外齿齿顶和内齿直线段间隙0.6 mm（如图 4所示）。而中继齿内、外齿间隙0.05 mm，中继齿与支撑轴间隙0.05 mm，两者总间隙0.1 mm；输入端静止时，外齿相对于内齿径向单侧间隙0.1 mm，双侧间隙0.2 mm；轴承与轴颈间隙为0.4 mm（设计值0.11~0.17 mm），三者总间隙为0.6 mm。轴承和轴磨损后的间隙与离合器内、外齿磨损后的间隙相同，由此可以说明磨损是由电火花放电造成^[3]。

4 电火花加工原理

离合器中继齿内、外齿磨损的原因与电火花加工原理相似。电火花加工原理是利用工具电极（阴极）和工件（阳极）间的间断放电时局部瞬间产生的高温将金属腐蚀。当工具电极向工件靠近时，极间电压击穿间隙产生电火花放电，在放电通道中产生大量的热，温度可达10 000 ℃以上，使工件和工具电极表面局部材料熔化甚至气化而被蚀除，形成凹坑。

5 离合器磨损原因分析

现场对引风机电动机轴颈的感应电压和电流进行测量，分别为2 V、30 A左右。离合器进油座和大齿轮轴通过挡油环相接，而进油座又与箱体相连，三者相当于1个接地端；引风机内部的滚动轴承相当于1个接地端，整个引风机机组有2个接地端，形成1个离合器—电动机—引风机的交流回路。当离合器啮合时，通过离合器驱动齿将交流回路接通，离合器相当于导线，不发生磨损^[4]。但交流回路电流较大，会造成引风机轴承磨损。当离合器脱开时，整个交流回路断开，引风机轴承受到保护。但在离合器脱开后，中继齿轴向错开间隙较小，由于感应电压依然存在，会发生类似于电火花加工时产生的电腐蚀现象。引风机轴承磨损是轴承油膜被击穿而产生的电腐蚀，离合器内部轴承磨损是油膜形成不充分而产生的电腐蚀。

离合器磨损后的中继齿内、外齿可能存在如图 5所示的位置关系。当离合器脱开时，外齿在离合器内部轴向上有限位。通常情况下，离合器脱开后，在自身转动惯量的作用下，外齿会完全脱开（见图 5a）。若输入端完全静止，外齿将会保持图 5a的位置。若外齿在其他一些扰动力如润滑油或升速过程中的惯性力等因素的作用下可能处于如图 5b所示的位置，这时电流形成回路，造成电腐蚀。内、外齿的表面都经过强化热处理，并且在接触过程中有润滑油的润滑作用，在图 5b所示状态下，如果2个齿的端面发生碰撞，外齿会很快被弹回到图 5a所示位置，因此磨损量很小，几乎可以忽略不计。外齿的这种工作状态是由离合器结构决定的，国外进口产品均有中继齿端面磨损的现象，但是这种磨损非常轻微，几乎可以忽略不计，在正常运行状态下不会造成离合器损坏^[5-8]。

中继齿内、外齿磨损面颜色较深，类似于电火花设备加工工件时加工面形成的褐色氧化膜，磨损表面有许多小坑，类似于电火花加工时形成的坑。另外，磨损表面两边没有毛刺。齿面呈近45°角，放电应该是从齿端面的45°倒角开始，逐步形成现有的磨损痕迹。综上所述，离合器中继齿磨损符合电腐蚀的特征^[9-11]。

6 处理措施

离合器中继齿的内、外齿磨损较为严重，已经无法使用，因此将内齿、外齿全部更换；轴承腐蚀近0.4 mm，也需要更换；支撑轴的轴承配合面经磨床加工，达到表面光滑。

分析计算后，对电动机和离合器侧联轴器进行了绝缘改造，电动机两端轴承更换为绝缘轴承。改造后设备运行正常，检测轴电流为0。

7 结束语

大功率电动机产生轴电流对轴承和设备造成的电腐蚀问题是非常严重的。同华电厂660 MW超临界机组在引风机实施双驱动改造后，离合器发生的电腐蚀现象，对离合器的核心部件中继齿和轴承造成的损坏是破坏性的。因此为了避免类似现象发生，在改造过程中应该充分重视各个环节，避免电动机旋转产生电位差，形成感应电流，从而造成设备损坏。