台玉平1 崔其山2 熊伟3 赵鑫1 郑大海3 赵慧芹2

1.国家管网集团山东公司济宁作业区；2.青岛中油华东院安全环保有限公司；3.国家管网集团储能技术公司

 

摘要：针对某输油站一台输油泵的高压电机在连续运行2个月及40℃高温环境下驱动端温度达90℃并持续上升的异常现象，结合设备档案、返厂大修数据及轴瓦温度特性研究成果，开展系统诊断与修复研究。通过振动检测、润滑油分析排除常规因素后，返厂拆解发现轴承接触角超标、绕组绝缘老化及通风系统堵塞等核心问题。基于热平衡理论与摩擦学原理，实施轴承精密修复、绕组绝缘强化及散热系统优化等措施，修复后电机空载温度降至70℃，额定负载运行稳定。研究为高温环境下输油泵电机故障处理提供了技术参考。

关键词：输油泵电机；温度异常；高温环境；故障诊断；设备修复

 

输油泵电机作为原油长输管道的核心动力设备，其运行状态直接影响管输系统的安全性与经济性。在夏季高温环境中，电机常因散热条件差、部件老化等因素出现温度异常，若处置不及时可能导致设备停机甚至引发安全事故。鲁成云[1]等通过对哈密区域输油泵电机的研究表明，夏季轴瓦温度异常占全年故障总数的65%以上，其中驱动端温度超标是最常见的失效模式之一。

某输油站输油泵电机在2025年夏季连续运行期间，驱动端温度突破90℃报警阈值，且呈现持续上升趋势。该电机为德国鲁尔泵配套西门子系列产品，2010年投入运行，额定功率1165 kW，转速2985 r/min。本文结合设备档案、返厂大修记录及现场试验数据，设计“现象解析—原因溯源—修复验证”的技术路线，系统分析高温环境下电机温度异常的形成机制，提出针对性解决方案。

1  设备概况与故障特征

1.1  电机技术参数

根据输油站设备档案记录，电机主要参数如下：工艺编号P0402，规格型号ZLMIP440/60，扬程290 m，流量1350 m³/h，配套辅机型号2NP9015，额定电压6000 V，额定电流148 A，转速2985 r/min，绝缘等级F级，输送介质为原油，安装于输液泵区。轴承采用水平中开式自润滑结构，润滑油型号为美孚抗磨液压油DTE22（ISO VG22），与鲁成云研究中使用的润滑油型号一致。

1.2  故障现象描述

2025年5月中旬，输油站遭遇持续高温天气，泵房环境温度达40℃。运行监测显示，连续运转2个月的P0402电机驱动端温度从正常运行的80℃逐渐攀升（图 1），5月14日13时达到90℃，触发PLC系统高报警。现场红外热成像图显示，温度异常集中于驱动端轴承箱区域，呈现明显的局部过热特征。

图 1 电机驱动端温度曲线图 

电机运行声音无异常，振动监测数据显示：驱动端水平方向1.8 mm/s、垂直方向1.5 mm/s、轴向1.2 mm/s，均处于ISO2372标准的A区[2]（优秀）范围，排除剧烈振动导致的摩擦加剧因素。

2  前期故障排查

2.1  润滑油系统检测

按照“五定管理”要求对驱动端轴承箱进行检查表明：①油位处于观察窗1/2位置，符合运行标准；②油质清澈无乳化，40℃运动黏度实测21.5 cSt（标准值21±1 cSt）；③铁谱分析显示磨粒浓度0.02 mg/L，无异常磨损颗粒。为验证润滑效果，采用三级过滤方式重新加注同型号润滑油，空载运行4小时后温度仍维持在78 ℃～80 ℃区间（图 2），排除润滑油劣化或供应不足的影响。

图 2 更换润滑油后电机空载运行驱动端温度曲线图 

2.2  散热条件评估

依据鲁成云提出的热平衡公式：

ΔQ＝Q1－1.29ρV（T2－T1）   （1）

式中：Q1为轴系发热量，W；ρ为空气密度，1.1 kg/m³（40℃时）；V为换热空气体积，m³；T2为轴瓦温度，℃（90℃）；T1为环境温度，℃（40℃）。

计算得ΔQ > 0，表明轴系发热量大于散热量。现场测量显示：①散热风扇转速2980 r/min（额定2985 r/min）；②电机表面温度78℃，环境温度40℃，温差38℃；③通风道入口风速1.2 m/s，较设计值下降约15%。初步判断存在散热效率不足问题，但需进一步排查热源强度。

2.3  电气参数监测

通过电机智能监控系统记录运行参数：①三相电流平衡（146 A～148 A）无明显偏差；②功率因数0.91（额定值0.91）；③定子绕组温度65℃（F级绝缘允许上限155℃）。电气参数无异常，排除电气过载或绕组短路导致的温度升高。

3  返厂大修诊断分析

3.1  拆解检查结果

电机返厂后，按照西门子维修规程进行全面检测，对轴承系统、绕组绝缘状态、风扇组件进行了试验检测，结果如下。

（1）轴承系统磨损。检测结果表明：①驱动端滑动轴承接触角实测95°，超出标准范围（60°～85°）；②轴颈表面存在沿圆周方向的摩擦痕迹，粗糙度Ra升至1.6μm（标准Ra为0.8μm）；③顶间隙实测0.25 mm，超出允许上限（0.22 mm），侧间隙0.20 mm（标准0.10 mm～0.22 mm）。根据谷文渊[3]提出的轴瓦磨损理论，接触角超标导致油膜承载力下降，边界摩擦加剧，摩擦系数μ从0.01增至0.03，按轴功率损失公式：

Nr＝10.5×10-4×n×M    （2）

式中，n为转速，M为摩擦力矩，发热量增加约3倍。

（2）绕组绝缘状态。绝缘检测数据如下：①定子绕组对地绝缘电阻2500 MΩ（冷态，标准≥1000 MΩ）；②介损值：1.0Un下2.25%（出厂值0.8%）；③局部放电量16 nC（标准≤20 nC）；④紫外成像显示绕组端部存在微弱放电现象。检测结果表明绝缘存在老化趋势，但未达到故障阈值，对温度异常的影响有限。

（3）通风系统堵塞。检测结果显示，①风扇叶片附着1.5 mm厚油污层，导致通风量下降约20%；②电机内部通风道积尘量0.3 kg/m²，热阻增加约15%；③散热片间缝隙堵塞率约10%，影响辐射散热。

3.2  故障原因确认

综合分析认为，温度异常的核心原因包括：

（1）轴承接触角超标导致油膜不稳定，摩擦生热增加。

（2）通风系统堵塞降低散热效率，高温环境加剧热积累。

（3）绝缘老化产生少量附加损耗，但为次要因素。

三者形成“摩擦加剧—散热不足—高温环境”的恶性循环，最终导致温度失控。

4  修复措施与工艺

4.1  轴承系统修复

修复措施：①在电机制造厂更换了驱动端滑动轴承，采用锡基巴氏合金（ZChSnSb11-6）重新浇注（图 3）；②对轴颈表面精密磨削，使其恢复Ra为0.8μm粗糙度；③按API标准调整间隙：顶间隙0.18mm，侧间隙0.15 mm，接触角75°，接触点密度为3点/cm²。修复后进行油膜承载力测试，在2985 r/min转速下，油膜厚度能达到0.08 mm，满足稳定运行要求。

图 3 电机解体更换滑动轴承 

4.2  绕组绝缘强化

修复措施：①采用真空浸漆工艺（F级无溶剂环氧漆）处理定子绕组；②对定子绕组端部包扎补强，固化后介损值降至0.9%；③局部放电量控制在8 nC以下。

4.3  通风系统优化

修复措施：通过彻底清洁风扇叶片及通风道，去除油污和积尘，对风扇叶片做动平衡校正，检测到残余不平衡量≤28 g（ISO 1940G2.5级），同时为增加通风效果，在轴承箱外侧增设导流罩，使通风量提升40%。

5  修复效果与验证

修复后在原厂进行空载试验合格后出厂，在输油站完成电机原位安装，为验证修复效果，分别进行了空载试验、额定功率满负荷试验，以及较长时间的驱动端振动温度持续监测和记录，结果如下。

5.1  空载试验

原位安装后在环境温度35℃条件下进行空载运行测试：①驱动端温度稳定在70℃以下，非驱动端62℃，温差约8℃（图 4）；②振动值：水平1.2 mm/s，垂直1.0 mm/s，轴向0.8 mm/s；③风扇通风量较修复前增加22%。热平衡计算显示ΔQ ≈ 0，达到热稳定状态。

图 4 大修后空载运行电机驱动端温度曲线图 

5.2  负载运行验证

利用当季高温环境，8月20日通过加载至额定功率1165 kW连续运行48小时进行效果验证，结果表明：①驱动端最高温度82℃，环境温度38℃；②三相电流147 A，功率因数0.91；③润滑油温度72℃，处于鲁成云提出的“最优性能温度区间（75℃左右）”。

5.3  长期监测

2025年8月8日进行回装，空载运行至8月12日，持续检测5天，8月20日带载运行至22日，持续3天。跟踪数据显示：①环境温度35℃～40℃时，驱动端温度稳定在75℃～82℃；②无温度报警记录；③振动、电流等参数均在正常范围。验证结果表明，修复措施有效解决了温度异常问题。

6  结语

通过对电机进行返厂大修，实施了轴承、绕组和通风系统的检测与优化，并经过空载、负荷试验以及投运后的长期监测，证明修复措施取得了良好效果，由此得出以下结论。

（1）P0402电机驱动端温度异常是轴承磨损、通风堵塞与高温环境共同作用的结果，其中轴承接触角超标是核心诱因。

（2）采用“轴承精密修复+通风系统优化”的组合方案可有效恢复电机热平衡，修复后温度降低20℃以上。

（3）高温环境下输油泵电机运维应重点关注轴承状态监测与散热系统清洁，按照Q/SY XG 0098—2019卧式离心输油泵机组操作维护检修规程要求，建议每2000小时进行一次润滑油检测和通风道检查。

 

参考文献：

[1]鲁成云.输油泵电机轴瓦夏季温度偏高原因分析及对策[J].机电信息，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]谷文渊，张红叶，王宇航，等.输油泵电机轴瓦夏季温度偏高原因分析[J].石化技术，2024，31(07)：376-377.

 

作者简介：台玉平，硕士研究生，就职于国家管网集团山东公司济宁作业区，长期从事设备管理工作。联系方式：15511016508，Taiyuping1@163.com。