300MW机组锅炉给水泵电机振动故障原因分析

科技先锋 · 发表于 2010-2-22 13:10:44

【摘　要】针对某台300MW锅炉给水泵电动机振动故障，进行现场测量试验、数据分析与故障诊断，通过检查得以证实设备故障振动原因，对电动机鼠笼断条影响设备振动的故障机理进行简要分析。 【关键词】振动热变形电动机鼠笼条
　　1　前言 　　某发电公司一台300MW机组的锅炉给水泵，系沈阳水泵厂生产的CHTC 516S-2型泵，流量：573m3/h，扬程：2260m，额定最高转速：5600r/min，配哈尔滨电机厂生产的YKS710-4型异步电动机，额定功率：5500KW，额定电压：6000V，额定电流：631A，额定转速：1491r/min，设备允许振动小于80mm。该给水泵组由给水泵、耦合器、电动机、前置泵联成轴系，具有转速与流量可调功能，其结构简图如下： 
　　　　<img height="73" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin1.jpg" width="484"/> 　　　　　　　　　　　图1:某发电公司#1机300MW给水泵电动机轴系简图 　　该电动机自2007年11月2日运行中轴承振动突然增大后，虽经多次从机械方面：检查对轮连接中心、轴瓦、端盖支承刚度进行调整处理，电动机振动仍然超标。 　　　　　　　　　　　　图1:某发电公司#1机300MW给水泵电动机轴系简图 　　该电动机自2007年11月2日运行中轴承振动突然增大后，虽经多次从机械方面：检查对轮连接中心、轴瓦、端盖支承刚度进行调整处理，电动机振动仍然超标。　　　　　　　　　　　　　　　
表1. 给水泵变转速试验工况 <img height="143" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin2.jpg" width="579"/> 　　2.2　设备振动概况 　　2.2.1　单转电动机最大振动15m，测量振动数据见表2。 　　2.2.2　振动最大的测点在电动机两端轴承,相邻的设备耦合器和前置泵轴承振动均在30m以下； 　　<img height="182" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin3.jpg" width="536"/> 　　2.2.3　<a href="http://tech.bjx.com.cn/keyword.asp?keyword=电动机">电动机</a>基础振动始终很小（10<img height="11" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin4.jpg" width="8"/>m左右）。 　　　　　　表2.某台300MW机组#1C给水泵<a href="http://tech.bjx.com.cn/keyword.asp?keyword=电动机">电动机</a>振动试验数据单位：<img height="11" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin4.jpg" width="8"/>m∠° 　<img height="401" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin5.jpg" width="547"/> 　　　注：振动幅值单位：微米，振动相位单位：度 　　2.2.4　在给水泵转速升到5050r/min工况时，电动机振动显著增大，电动机内部出现周期性异音，异音周期与振动波动周期同步。 　　2.2.5　现场记录表明，随着运行时间增长，电动机启动电流逐渐增大，见表3。 　　　　　　　　　　　表3电动机4次启动电流参数测量统计 <img height="52" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin6.jpg" width="579"/>　　2.3　振动频谱分析和相位特征 　　2.3.1　电动机两端轴承振动以基频为主，水平方向振动存在一定量的2X分量。以泵转速5050r/min工况下耦合器端轴承振动为例：Σ：110～125m ，1X：44～70m ，2X：30m，垂直方向振动几乎没有倍频振动分量。 　　2.3.2　轴承振动幅值和相位不稳定,有较大波动量。特别是基频振幅，最大波动幅值47～90m；最大相位波动量44°～153°。 　　2.3.3　随着给水泵转速增加电动机耦合器端轴承振动相位变化很大,垂直振动由52m/214°变至92m/50°；水平振动从23m /140°变至88m/0°。 　　2.3.4　给水泵转速升、降转速至4500r/min工况下，振动存在较大差别，以前置泵端轴承振动为例：升速时42～55m/23°，降速时55～67m/84°。 　　3　振动原因分析 　　3.1　查现场记录发现在电动机振动增大时，相邻的设备耦合器和前置泵振动始终很小，可以确定为电动机自身的设备缺陷； 　　3.2　电动机基础振动不大，而且基本稳定，可以排除电动机支承因素影响振动； 　　3.3　电动机定子本体振幅小于轴承振幅，定子最大振幅不超过30m，振动成分以基频为主，可以排除电动机定子因素； 　　3.4　鉴于电动机转速为定速，电动机单转时振动小于20m，可排除电动机转子不平衡因素； 　　3.5　唯独不能排除电动机转子电气方面的故障。在给水泵升、降转速4500r/min工况下，振动存在较大差别，表明电动机转子随着工作电流与功率参数，存在逐渐恶化现象。 　　4　电动机检查 　　根据以上分析，决定对电动机解体检查，转子抽出后发现转子耦合器端存在局部过热现象（图2），耦合器端绑扎端部笼条玻璃丝布有鼓包现象，打开玻璃丝布再进一步检查。发现耦合器端47根笼条中就有32根断裂或脱焊（图3），前置泵端也有20多根断裂。 　　　　　　 <img height="300" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin7.jpg" width="399"/> 　　　　　　　　　　　　　　　图2　转子出现局部过热现象 　　　　　　 <img height="300" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin8.jpg" width="401"/> 　　　　　　　　　　　　　　　　　图3　笼条断裂或脱焊 　　5　电动机转子鼠笼断条故障振动机理 　　一般三相异步电动机启动电流是额定空载电流的5～10倍，考虑到该三相异步电动机为鼠笼结构设计。其额定工作电流631A，电动机单转工作电流180A，泵组启动电流由908.8A升至2316A。当电动机转子笼条反复承受启动电流瞬间过载力矩冲击，极容易疲劳断裂。一旦出现某根断条现象，将导致转子出现电流短路环，一是电磁力的不对称，二是断裂处发热转子产生热变形。加剧故障恶化与衍深。由于电动机转子的热变形引起的挠度变化可近似由下式计算 　　　　　　　　　　　　　　　　 <img height="50" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin9.jpg" width="157"/> 式中：L－转子本体长度，mm; 　　α－金属的线胀系数，约为<img height="19" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin10.jpg" width="107"/> 　　<img height="18" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin11.jpg" width="22"/>－转子截面的温差, ℃ 　　<img height="39" src="http://www.99dq.com/ci/image/wcddtp/luojianbin12.jpg" width="72"/>－轴的挠曲半径, mm 
　　d 转子本体部分的直径，mm。 　　用上面公式计算转子表面温度差1℃，该电动机转子将产生热挠曲约0.01 mm，如果依据温差大于3℃，计算不平衡离心力约为转子重量的10％，转子重量按1000kg计算，就产生100kg不平衡离心力。 　　根据上面公式，断条后在断裂处发热引起温差,就会产生转子热弯曲与热不平衡，影响设备振动。 　　6　结束语 　　该给水泵电机振动原因是转子笼条断裂引起。当转子存在断条故障缺陷时，一是电动机振动逐渐恶化；二是电动机起动电流增大；三是随泵组转速或电动机功率增加而明显加剧振动超标现象，严重时发生异音故障。
　　7　参考资料： 　　1.顾晃，汽轮发电机组振动与平衡中国电力出版社 1998 　　2.施维新，汽轮发电机组振动与事故中国电力出版社 1991 　　3.卢明辉，一台1000kW异步电动机过热与振动的故障分析与处理大电机技术2002.6

zdfbzdfb · 发表于 2010-4-10 15:58:41

好像是一篇论文嘛？谢谢分享。

段正淳 · 发表于 2010-4-12 15:20:59

谢谢学习

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