高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)原因分析及防范措施

1、高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)原因分析及防范措施王曉麗王飛 高勇 高利濤(內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)發(fā)電廠，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)012100)摘要根據(jù)在發(fā)電廠從事多年電機(jī)檢修工作的經(jīng)驗(yàn)，并參考相關(guān)理論書(shū)籍認(rèn)真分析總結(jié)出了三相異步高壓電動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)的原因及其相應(yīng)的防范措施，可供借鑒。關(guān)鍵詞高壓電動(dòng)機(jī)；振動(dòng)；原因分析；防范措施高壓電動(dòng)機(jī)是火電廠的主要電氣設(shè)備之一，它能否安全可靠運(yùn)行， 直接影響發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)性。目前,隨著機(jī)組容量的日趨大型化，高壓電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題尤為突出，而且規(guī)定相當(dāng)嚴(yán)格精確，據(jù)豐鎮(zhèn)發(fā)電廠不完 全統(tǒng)計(jì)，高壓電動(dòng)機(jī)因振動(dòng)值超標(biāo)停運(yùn)次數(shù)占高壓電動(dòng)機(jī)總故障次數(shù)的70%左右，當(dāng)然因高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)造成電動(dòng)機(jī)零部件嚴(yán)重?fù)p壞甚至電機(jī)燒

2、損，被迫停運(yùn)檢修，經(jīng)濟(jì)損失則更大。1高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)原因分析1.1轉(zhuǎn)子不平衡當(dāng)轉(zhuǎn)子的重力中心不在轉(zhuǎn)軸的軸線上時(shí)，轉(zhuǎn)子便出現(xiàn)不平衡而引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。即使轉(zhuǎn)子 靜平衡再理想，常常還有殘余的不平衡，這個(gè)殘余的不平衡將產(chǎn)生離心力，離心力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)撓度，在轉(zhuǎn) 子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，動(dòng)力撓度最大，離心力也達(dá)到最大，造成轉(zhuǎn)子劇烈振動(dòng)。對(duì)于水平轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，由于轉(zhuǎn)子風(fēng)葉重量W的影響(轉(zhuǎn)子鐵芯因加工工藝嚴(yán)格，一般不會(huì)影響平衡)，經(jīng)常有一個(gè)撓度y，風(fēng)葉的重心S偏離轉(zhuǎn)軸的距離為 e，則風(fēng)葉重心偏離旋轉(zhuǎn)軸線的距離為 y+e，如圖1所示: '根據(jù)參考文獻(xiàn)2可知2店*yp = m?a (1) ;a=(y+e) ?w(2)e

3、_則由(1) (2)可以得出:p = m(y+e) ? w 2(3)圖1重心偏離分析式中：p為離心力；m為風(fēng)葉質(zhì)量；w為角速度；a為角加速度。由理論力學(xué)可知，離心力與變形成正比，即：p = ky(4)2代入得：m(y+e)?3=ky整理后：y = me w2 / (k - m w 2)(5)分析以上的方程式可知，轉(zhuǎn)子不平衡將產(chǎn)生離心力，離心力會(huì)造成轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)變形，即形成振動(dòng)。1.2定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻時(shí)，造成旋轉(zhuǎn)磁通不平衡，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡的電磁力，在該電磁力 的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，氣隙不均勻程度越嚴(yán)重振動(dòng)越大。造成電動(dòng)機(jī)氣隙不均勻的因素主 要有定子鐵

4、芯的中心軸線與前后軸承室中心軸線不在一條線、端蓋偏心或軸承室跑套、軸頸變細(xì)、軸承間隙 太大或軸承嚴(yán)重?fù)p壞、定子鐵芯位移、軸瓦頂部間隙過(guò)小或瓦蓋緊力過(guò)大等。1.3轉(zhuǎn)子籠條開(kāi)焊或斷裂高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條開(kāi)焊和斷裂主要發(fā)生在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，籠條所受的應(yīng)力超過(guò)了機(jī)械強(qiáng)度?；\條斷裂應(yīng)力包括熱應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力和交變應(yīng)力三種。熱應(yīng)力是在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，因啟動(dòng)電流為額定電流的57倍，由此而產(chǎn)生的損耗可使端環(huán)和籠條達(dá)到200 300C的高溫，從而使端環(huán)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱變形，使籠條受到的一個(gè)彎曲應(yīng)力；焊接殘余應(yīng)力是由于端環(huán)在焊接中局部受熱而變形，焊好后因冷卻收縮而造成的彎曲應(yīng)力;F1交變應(yīng)力是在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中低頻循

5、環(huán)應(yīng)力，是一個(gè)兩倍電流頻率的脈動(dòng)力，是籠條斷裂的主要原因。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷裂后，將會(huì)造成轉(zhuǎn)子本來(lái)平衡的力偶F1和F2失衡，除了產(chǎn)生切向力矩外，還會(huì)形成一個(gè)合力F使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏離軸線的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而振動(dòng)。如圖2所示。造成轉(zhuǎn)子籠條斷裂主要原因有產(chǎn)品性能差、焊接工藝不良、運(yùn)行方式不當(dāng)、或電動(dòng)機(jī)頻啟動(dòng)等。1.4定轉(zhuǎn)子磁力中心不正對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，定子與轉(zhuǎn)子的磁力中心是重合的即正對(duì)的。只有這樣，定子和轉(zhuǎn)子 相互之間才會(huì)只存在切向的電磁拉力，而不存在軸向電磁拉力，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子不會(huì)發(fā)生軸向位移。如 果電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子磁力中心不正對(duì)，必然產(chǎn)生軸向的電磁拉力，轉(zhuǎn)子在該電磁力的作用下會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)，如

6、果軸承室沒(méi)有太大軸向位移量，軸移運(yùn)動(dòng)受阻反彈引起振動(dòng)，當(dāng)然也會(huì)使軸承發(fā)熱；定子會(huì)將這個(gè)軸向電磁 拉力轉(zhuǎn)化給定子外殼與其焊接處，這樣也會(huì)引起震動(dòng)。導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子磁力中心不重合的原因主 要有軸間距設(shè)計(jì)不對(duì)、定子鐵芯軸向位移、軸承裝配不到位、電機(jī)端蓋變形或止口不清潔和軸瓦球面接觸不 好等。1.5基礎(chǔ)及電機(jī)座不好當(dāng)激振頻率3等于固有頻率3 n時(shí)，會(huì)發(fā)生共振。而 3 n2= k/m時(shí)，其中k為剛度，m為系統(tǒng)本身質(zhì)量。這 樣看來(lái)，如果基礎(chǔ)的固有頻率與電機(jī)的激振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生共振；電機(jī)座的剛性不好，抗干擾能力差，也 很容易引起電機(jī)振動(dòng)。1.6機(jī)械方面原因機(jī)械方面的原因主要有聯(lián)軸器聯(lián)接不平衡和聯(lián)

7、軸器螺栓間隙不均勻兩方面。如果電動(dòng)機(jī)與泵體或風(fēng)機(jī)的聯(lián)軸器中心不正或端面的平行度不符合規(guī)定，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)與泵體或風(fēng)機(jī)的連接不平衡，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，泵體或風(fēng)機(jī)也會(huì)有相應(yīng)的振動(dòng)。造成聯(lián)軸器中心不正的主要原因有電動(dòng)機(jī)或泵體安裝不好、電動(dòng)機(jī)或泵 體基礎(chǔ)不牢固或檢修人員未按規(guī)程找好中心等，當(dāng)然電動(dòng)機(jī)或泵體的轉(zhuǎn)子彎曲也可歸于此類(lèi)；如果聯(lián)軸器的螺栓與聯(lián)軸器孔徑的間隙彼此不等，那么，只有一部分螺栓來(lái)承擔(dān)大部分扭矩，就會(huì)這樣在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生相當(dāng)?shù)?不平衡力，從而引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)，當(dāng)然泵體或風(fēng)機(jī)也會(huì)受到一定的影響。2高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)防范措施2.1增設(shè)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜平衡工序針對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量產(chǎn)生的振動(dòng)，應(yīng)該在高壓電動(dòng)機(jī)的大修

8、中，做好轉(zhuǎn)子靜平衡和低速動(dòng)平衡試驗(yàn)；在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，必要時(shí)利用測(cè)振平衡儀做轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，盡可能消除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡因素。豐鎮(zhèn)發(fā)電廠#3 #6爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)曾經(jīng)振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)，多次通過(guò)做動(dòng)平衡試驗(yàn)得以消除。2.2強(qiáng)化電動(dòng)機(jī)修后測(cè)氣隙要求凡是大中修過(guò)的或更換軸承后的高壓電動(dòng)機(jī)必須通過(guò)三點(diǎn)或四點(diǎn)法測(cè)量其定轉(zhuǎn)子氣隙，并作好記錄，用 公式S avg= 1 5 - 5 avg| x 100%c 10%計(jì)算合格才行。S avg2.3保證電動(dòng)機(jī)各部件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)軸承或軸瓦間隙不能太大或太小，應(yīng)按照檢修規(guī)程測(cè)量和評(píng)價(jià)好壞；軸承或軸瓦磨損嚴(yán)重，滾動(dòng)軸承必須 更換，滑動(dòng)軸承必須重新澆鑄和刮研；電動(dòng)機(jī)端蓋跑套必須進(jìn)行

9、刷鍍，如果嚴(yán)重跑套必須重新加工軸承套；電 動(dòng)機(jī)軸頸變細(xì)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊和重車(chē)，但要保證緊力精度；如果電動(dòng)機(jī)大軸彎曲，應(yīng)根據(jù)大軸彎曲程度和部位， 考慮直軸還是換軸；對(duì)于定子鐵芯位移的，應(yīng)及時(shí)返廠重新焊接修理；對(duì)于轉(zhuǎn)子籠條或端環(huán)開(kāi)焊，應(yīng)采用先進(jìn) 的裝配方式和焊接工藝；對(duì)于軸瓦球面接觸不好，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真研磨，盡量避免線接觸或個(gè)別點(diǎn)接觸，確保面接 觸良好，；其它各部件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)認(rèn)真參照檢修規(guī)程或者產(chǎn)品出廠說(shuō)明。2.4 消除機(jī)械方面原因聯(lián)軸器的中心不正，一方面加大檢修人員的培訓(xùn)力度，把工藝要求學(xué)好，把檢修技術(shù)學(xué)精；一方面采用 先進(jìn)的科學(xué)儀器，采用磁性聯(lián)軸器進(jìn)行找正可有效的提高準(zhǔn)確度，效果不錯(cuò)。聯(lián)軸器螺栓間隙不等，

10、應(yīng)提高加 工精度，使其間隙盡可能的均勻，并定期進(jìn)行檢查和更換。2.5 強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行使用管理電動(dòng)機(jī)籠條端環(huán)開(kāi)焊或斷裂主要原因是運(yùn)行使用管理不當(dāng)造成的。 因此，電廠必須強(qiáng)化運(yùn)行使用管理工作， 協(xié)同相關(guān)技術(shù)人員制定并執(zhí)行系列合理的設(shè)備運(yùn)行管理制度， 諸如嚴(yán)禁設(shè)備帶負(fù)荷重載啟動(dòng)、 嚴(yán)禁設(shè)備頻繁啟 動(dòng)、嚴(yán)禁瞬間正反轉(zhuǎn)切換等制度。2.6 提高檢修工藝努力提高檢修人員的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)和實(shí)際檢修工藝水平，并做到兩者的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而相互促進(jìn)。在軸瓦 檢修工作中嚴(yán)格執(zhí)行刮瓦、研瓦、再刮瓦的循環(huán)工序，保證軸瓦各部間隙符合規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，每次大修前應(yīng)該對(duì)電 動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)頻，如有固有頻率發(fā)生變化，利用大修機(jī)會(huì)提高基礎(chǔ)剛度，徹底消除發(fā)生共振的可能。3 結(jié)束語(yǔ)解決三相異步高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)是個(gè)綜合性的問(wèn)題，它與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配件的質(zhì)量、設(shè)備的基礎(chǔ)建和運(yùn) 行方式及使用管理、檢修人員的檢修水平和采取的防范措施都有很大的關(guān)系，強(qiáng)化這方面的分析研究，對(duì)發(fā)電 廠的安全經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行有著現(xiàn)實(shí)的意義。 參考書(shū)目 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 . 理論力學(xué) M. 高等教育出版社 .19882 山西電力工業(yè)局 . 電機(jī)檢修 . 中國(guó)電力出版社 .19983 趙家禮. 電動(dòng)機(jī)故障診斷與修理 .機(jī)