邵帥 姜根
(內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司,內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021025)
摘 要:某直接空冷機組凝結(jié)水泵電動機帶負荷運行時,軸承水平方向的Z大振動值為0.066mm,軸承溫度在30~45℃。發(fā)生故障時,凝結(jié)水泵電動機非驅(qū)動端水平方向的Z大振動值上升至0.13mm,電動機下軸承溫度驟升至84℃,并且呈加速劣化趨勢,停機解體檢查發(fā)現(xiàn)電動機驅(qū)動端軸承室嚴(yán)重磨損。分析認(rèn)為軸承室磨損故障是由電動機磁力中心偏移引發(fā)的振動大問題引起的。對已磨損的端蓋軸承室進行了重新補焊車加工,使軸承與軸承室之間的緊力達到-0.02mm,重新校核了中心;將電動機上軸承蓋止口升高密封墊更換成厚度為2.0mm的石棉墊,使電動機轉(zhuǎn)子重量重新落于電動機上部軸承之上。處理后電動機軸承振動值降至0.065mm的正常水平,軸承溫度也恢復(fù)了正常。
關(guān)鍵詞:立式電動機;軸承室;軸承蓋;止口升高密封墊;推力軸承;磁力中心;振動
1 機組概況
某電廠一期工程安裝2臺600MW超臨界、雙缸雙排汽、國產(chǎn)化直接空冷機組,是在高緯度(北緯49°13′)地區(qū)首次應(yīng)用的600MW超臨界直接空冷機組,工程于2010-12-01全面竣工投產(chǎn)。電廠凝結(jié)水系統(tǒng)配備了4臺凝結(jié)水泵,每臺凝結(jié)水泵各配置了1臺湘潭電動機股份有限公司制造的2000kW空水冷全封閉式鼠籠轉(zhuǎn)子三相立式異步電動機。
1.1 凝結(jié)泵參數(shù)
凝結(jié)水泵主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。
1.2 凝結(jié)水泵電動機參數(shù)
電動機型號為YKSL2000-4/1180-1,定子采用外壓裝結(jié)構(gòu),定子繞組采用F級緣、防暈材料,繞組端部采用了特殊綁扎工藝以保證牢固可靠
[1]。整個定子采用真空壓力浸漬F級無溶劑漆(VPI)工藝處理,電動機具有可靠的絕緣性能和優(yōu)良的防潮、抗沖擊能力。轉(zhuǎn)子采用鼠籠式銅條轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)及制造工藝均可保證電動機可靠運行。為了提高電動機軸向負載的承受能力,電動機自由端軸承為2套推力軸承(型號SKF 7330BCBM),驅(qū)動端軸承為滾動軸承(型號SKF 6236/C3)。電動機的上、下軸承室均采用油脂不停機填加和排出裝置
[1]。凝結(jié)水泵電動機主要設(shè)計參數(shù)見表1。
2 凝結(jié)水泵電動機故障現(xiàn)象與原因分析
2.1 故障現(xiàn)象
自2010年投產(chǎn)以來,各凝結(jié)水泵電動機一直穩(wěn)定運行,帶負荷運行時水平方向的Z大振動值為0.066mm,軸承溫度一直比較穩(wěn)定(30~45℃)。但
是2012-02-17,其中1臺凝結(jié)水泵電動機非驅(qū)動端水平方向的Z大振動值上升至0.13mm,并且呈加速劣化趨勢;2012-02-25凌晨,該電動機下軸承溫度驟升至84℃。停機后,解體檢查發(fā)現(xiàn)電動機驅(qū)動端軸承室嚴(yán)重磨損。圖1為軸承室端蓋軸套磨損情況。
2.2 軸承室磨損原因排查
2.2.1 軸承損壞
電動機軸承損壞會加大軸承內(nèi)外套之間的阻力,當(dāng)阻力大于軸承外套與軸承室外套之間的摩擦力時就會發(fā)生跑套現(xiàn)象[2-4]。電動機解體后,對電動機驅(qū)動端軸承進行了檢查。檢查時軸承轉(zhuǎn)動靈活,各部分均完好,只是油脂輕微劣化,并不影響電動機正常運行,未發(fā)現(xiàn)其他異?,F(xiàn)象。
2.2.2 電動機端蓋加工超差
電動機裝配時,軸承室與軸承應(yīng)該采用過盈配合或過渡配合。如果電動機端蓋加工超差,或接近公差上限,電動機長時間運行后也會造成軸承室磨損[3]。通過對端蓋未損壞部分進行測繪、核對,測繪數(shù)據(jù)基本符合圖紙要求。
2.2.3 不按規(guī)程要求拆裝
電動機端蓋的內(nèi)、外小蓋裝反或大端蓋裝配錯誤也會導(dǎo)致中心偏移等現(xiàn)象,造成端蓋軸套磨損。自2010年投運以來,凝結(jié)水泵電動機從未進行過任何檢修工作,日常維護也只是定期添加油脂,可以排除檢修過程中違章拆卸造成軸承室磨損。
2.2.4 環(huán)境溫度造成公差超標(biāo)
由于鋼和鑄鐵的膨脹系數(shù)不同,當(dāng)溫差過大或溫度過高時,因鑄鐵和鋼的膨脹量不同,也會造成端蓋與軸承的配合公差超標(biāo)[4]。但電動機安裝在廠房泵坑內(nèi),運行記錄顯示電動機的運行環(huán)境溫度常年維持在22~29℃,溫差、溫度均正常。
2.2.5 軸電壓過大
電動機軸電流是指電動機通過轉(zhuǎn)軸—兩端軸承—電動機定子外殼形成的閉合循環(huán)電流。軸電流的存在是因電動機運行時轉(zhuǎn)軸兩端對地出現(xiàn)電位差(即軸電壓)造成的。由于設(shè)計及制造原因,每臺電動機都可能存在或高或低的軸電壓,過高的軸電壓會擊穿軸承油膜形成軸電流,對電動機運行造成威脅[3]。此類故障主要表現(xiàn)為油膜破壞、軸承及軸徑受到電弧放電損傷或燒損。檢查時未發(fā)現(xiàn)此類異?,F(xiàn)象。
2.2.6 電動機振動大
故障發(fā)生后,調(diào)取了4臺凝結(jié)水泵電動機自投產(chǎn)以來的所有運行記錄,分析發(fā)現(xiàn)各電動機振動值都有1個共同特點,即隨著運行時間的增長,電動機振動值越來越大。故障發(fā)生前約40h,該電動機振動值突增至0.13mm,由此判斷軸承室磨損應(yīng)該是由電動機振動大故障引起的。
2.2.6.1 電動機振動的主要影響因素
引起電動機振動的主要因素為機械力不平衡或電磁力不平衡[2-4]。
?。?)機械力不平衡方面:轉(zhuǎn)子大軸彎曲變形,電動機中心軸線與其所帶負載的中心軸線不對稱;地腳螺栓緊固不到位;支持軸承損壞;臺板基礎(chǔ)不平;轉(zhuǎn)子動平衡遭到破壞;與電機相連的齒輪、聯(lián)軸器齒輪咬合不良,輪齒磨損嚴(yán)重等。通過現(xiàn)場檢查、測量,機械力不平衡方面并未發(fā)現(xiàn)問題。
?。?)電磁力不平衡方面:三相電源不平衡;交流電動機定子接線錯誤、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子繞組短路;同步電動機勵繞組匝間短路;同步電動機勵磁線圈連接錯誤;籠型異步電動機轉(zhuǎn)子斷條;轉(zhuǎn)子鐵心變形造成定、轉(zhuǎn)子氣隙不均,導(dǎo)致氣隙磁通不平衡;定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心磁力中心不對稱等。
現(xiàn)場對電動機定子、轉(zhuǎn)子進行了試驗檢查,測量了電動機各部件及配件的裝配尺寸,Z終發(fā)現(xiàn)電動機軸承止口升高密封墊(材質(zhì)為橡膠)經(jīng)油脂腐蝕后嚴(yán)重老化變形,導(dǎo)致電動機磁力中心出現(xiàn)不對稱情況,運行中因偏磁力的作用引起了電動機振動大故障,進而導(dǎo)致軸承室端蓋磨損。圖2為止口升高墊變形位置示意圖。
2.2.6.2 磁力中心偏移的原因
電動機軸承止口升高密封墊經(jīng)油脂腐蝕后,厚度從原設(shè)計值2.0mm降至1.2mm,變形嚴(yán)重。由于電動機軸承外圈整體下移了0.8mm,這樣就造成電動機轉(zhuǎn)子整體向下移動了0.8mm,致使電動機磁力中心發(fā)生了偏移,電動機在偏磁力的作用下產(chǎn)生了過大的振動。運行過程中,由于止口升高密封墊受析出潤滑脂腐蝕而老化變形的過程較慢,所以電動機振動幅值呈逐漸變大的趨勢。較大的振動會對下軸承造成負載沖擊,受振動的影響導(dǎo)致端蓋軸承室逐漸磨損。由于電動機的上軸承(即推力軸承,用來承受軸向力的專用軸承)已無法承受原有的軸向推力,致使電動機下軸承承受了轉(zhuǎn)子的絕大部分軸向力。電動機下軸承長時間在超負荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn),在過大的摩擦力的作用下溫度逐漸升高,加劇了下軸承對端蓋軸承室的摩擦。
3 故障處理與效果
3.1 處理方法
防止電動機軸承外套和端蓋轉(zhuǎn)套的方法有很多,現(xiàn)場主要采用在外套與軸套之間加裝特制的鋼片或采用鑿毛的方法來增加阻力[4],但這2種方法的處理效果都不理想。另外也有采用膠粘法進行處理的,但由于該電動機軸承外套與端蓋軸套間磨損十分嚴(yán)重,用以上方法均已不能保證徹底消除隱患,現(xiàn)場制定了如下的解決措施:
?。?)對已磨損的端蓋軸承室進行重新補焊車加工,使軸承與軸承室之間的緊力達到-0.02mm,并重新進行了中心校核工作。
(2)將電動機上軸承蓋止口升高密封墊更換成厚度為2.0mm的石棉墊,使電動機轉(zhuǎn)子重量重新落于電動機上軸承之上。雖然由于橡膠升高密封墊具有良好的密封特性,但存在易變形的缺點,所以檢修時將原來的橡膠墊更換為石棉墊,主要是為了保證升高墊不發(fā)生因析出油脂的腐蝕而變形。
3.2 處理效果
檢修工作完成后,各項調(diào)試、試驗均合格,啟動電動機進行空載試運。試運1h后,測量電動機非驅(qū)動端振動值為0.069mm,下軸承溫度為43℃。但電動機負載運行72h后,振動值又有增長趨勢,非驅(qū)動端振動逐漸由0.069mm增長至0.12mm,隨即停機進行檢查。檢查時發(fā)現(xiàn)由于電動機轉(zhuǎn)子本身質(zhì)量較大,導(dǎo)致石棉墊被壓變形,厚度由原來的2.0mm壓至1.5mm,且電動機驅(qū)動端軸承小油蓋螺栓有松動現(xiàn)象,由此可以判斷轉(zhuǎn)子又出現(xiàn)了下沉情況。檢修人員隨即對非驅(qū)動端軸承蓋止口升高密封墊重新進行了增高處理,厚度增加至設(shè)計值2.0mm。處理完后再次啟動試運,電動機振動和軸承溫度均恢復(fù)正常,振動值降至0.065mm,且一直保持穩(wěn)定,再未發(fā)生異?,F(xiàn)象。
問題解決后,對其余3臺凝結(jié)水泵電動機也逐一進行了檢查,發(fā)現(xiàn)均存在同樣的問題,且驅(qū)動端軸承室都有不同程度的磨損情況。按照上述方法,對另外3臺電動機逐一進行了處理,處理完畢后運行狀況良好。
4 結(jié)語
凝結(jié)水泵電動機的正常運行與否關(guān)系到整個凝結(jié)水系統(tǒng)能否可靠運行,甚至?xí)绊懻麄€機組的安全穩(wěn)定運行,應(yīng)及早進行處理。電動機本體裝配不當(dāng)會導(dǎo)致電動機磁力中心偏移,在偏磁力的作用下易引起電動機的振動超標(biāo)?,F(xiàn)場在處理電動機振動故障時,軸承室止口升高密封墊變形因素往往被忽視,但該問題很容易導(dǎo)致電動機前端蓋軸承室發(fā)生嚴(yán)重磨損。很多電動機生產(chǎn)廠家為了節(jié)約成本,在電動機出廠時都裝配使用了橡膠材質(zhì)的止口升高密封墊,導(dǎo)致類似事故的根本原因就在于這種橡膠材質(zhì)升高密封墊的剛性不夠,易變形、腐蝕。此類故障往往是因電動機零部件選用不當(dāng)造成的,零件選取時沒考慮能否保證電動機長周期地安全穩(wěn)定運行。建議今后同類型電動機生產(chǎn)廠家在設(shè)計止口升高密封墊時,充分重視設(shè)備的可靠性,Z好選用帶鋼骨架的丁腈橡膠止口升高密封墊,既保證裝配尺寸符合要求,又保證軸承析出油脂的密封。
另外,建議電廠運行維護人員加強設(shè)備的巡視、保養(yǎng)及檢查工作,定期對電動機振動趨勢進行分析,對存在問題的電動機進行重點監(jiān)督并及時處理,以提高機組運行的經(jīng)濟性與穩(wěn)定性。
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來源:《內(nèi)蒙古電力技術(shù)》2013年第31卷第1期