電動機(jī)冷卻風(fēng)扇故障分析及處理研究,電氣工程論文

電動機(jī)冷卻風(fēng)扇故障分析及處理研究,電氣工程論文內(nèi)容摘要：針對白山熱電有限責(zé)任公司YTM710-6型磨煤電動機(jī)的風(fēng)扇頻繁發(fā)生損壞事件,分析了風(fēng)扇損壞是由于風(fēng)扇半徑較大、材質(zhì)塑性缺乏、焊接應(yīng)力沒有消除及電動機(jī)振動引起的,華而不實(shí)電動機(jī)振動是引起風(fēng)扇損壞的主要原因。通過采取縮小風(fēng)扇半徑、選擇塑性強(qiáng)的Q235鋼材、用噴射金屬丸法消除焊接應(yīng)力、改變風(fēng)扇座與風(fēng)扇之間的連接材料以減小振動對風(fēng)扇的影響等措施對風(fēng)扇進(jìn)行了改造。改造后經(jīng)過一年的試運(yùn)行,風(fēng)扇知足正常運(yùn)行要求,沒有出現(xiàn)損壞故障,既減少了經(jīng)濟(jì)損失,又保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文關(guān)鍵詞語：電動機(jī),風(fēng)扇,振動,故障處理電動機(jī)在能量轉(zhuǎn)換時,總有一小部分損耗轉(zhuǎn)變成熱能,必須通過電動機(jī)冷卻系統(tǒng)和周圍介質(zhì)不斷將熱量散發(fā)出去,這個散發(fā)熱量的經(jīng)過叫冷卻。電動機(jī)熱源來自于電動機(jī)內(nèi)部,即電流流過定子繞組時產(chǎn)生的銅損耗,在鐵心內(nèi)當(dāng)磁通變化時所產(chǎn)生的鐵損耗,軸承摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損耗及部分附加損耗。YTM710-6型電動機(jī)是封閉式電機(jī),采用內(nèi)部以密閉空氣為冷卻介質(zhì)的自循環(huán)系統(tǒng),外部以周圍環(huán)境空氣為冷卻介質(zhì)的無限循環(huán)系統(tǒng),通風(fēng)系統(tǒng)中內(nèi)部主要由內(nèi)風(fēng)扇及其冷卻風(fēng)路組成,外部主要由外風(fēng)扇和冷卻風(fēng)箱組成。白山熱電有限責(zé)任公司1、2號球磨煤機(jī)采用YTM710-6型電動機(jī),此型號球磨煤機(jī)電動機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生內(nèi)、外風(fēng)扇損壞的故障,不僅影響設(shè)備正常運(yùn)行,還可能因內(nèi)風(fēng)扇開裂刮傷定子線圈,造成更換全部線圈的設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞事件發(fā)生。1設(shè)備狀況白山熱電有限責(zé)任公司自2007年投產(chǎn),1、2號爐YTM710-6型磨煤電動機(jī)8臺轉(zhuǎn)子內(nèi)、外風(fēng)扇均發(fā)生過損壞事件。據(jù)2007年12月至2021年6月期間的統(tǒng)計,共發(fā)生損壞事件18起,平均每年2起,所有電動機(jī)的內(nèi)、外風(fēng)扇均損壞過,華而不實(shí)2021年2月28日發(fā)生過2號爐2號磨煤電動機(jī)由于內(nèi)風(fēng)扇開裂刮傷定子線圈,更換全部線圈的嚴(yán)重事件。風(fēng)扇損壞有多樣原因,有風(fēng)扇葉片開裂、外擋風(fēng)板開裂、內(nèi)擋風(fēng)板開裂等,但大部分開裂位置靠近焊接面附近。為了防止磨煤電機(jī)風(fēng)扇損壞事件頻繁發(fā)生,采取過一些改造措施,如風(fēng)扇的葉片、外擋風(fēng)板由3mm改成5mm(增加強(qiáng)度),風(fēng)扇的全部材質(zhì)由Q345改成Q235(增加韌性)等等,效果不是很明顯,改造過的風(fēng)扇仍然發(fā)生損壞事件。為了徹底解決YTM710-6型電動機(jī)風(fēng)扇頻繁損壞情況,本文分析了出現(xiàn)故障的原因,并施行設(shè)備改造,使電動機(jī)冷卻風(fēng)扇安全運(yùn)行。2原因分析a.風(fēng)扇半徑較大。電動機(jī)風(fēng)扇最大半徑為1120mm,與其他電動機(jī)相比擬,YTM710-6型磨煤電動機(jī)內(nèi)風(fēng)扇設(shè)計半徑較大,需要克制較大的離心力和轉(zhuǎn)動慣量。b.材質(zhì)塑性缺乏。觀察YTM710-6型電動機(jī)的風(fēng)扇斷裂面,斷裂前沒有發(fā)生明顯的塑性變形,斷口平整光亮,有金屬光澤,且與正應(yīng)力垂直,屬于脆性斷裂。風(fēng)扇材質(zhì)為Q345,伸長率不小于21%,制作風(fēng)扇采用的金屬材質(zhì)塑性不夠,在振動等不良運(yùn)行條件下容易開裂,甚至斷裂。c.焊接應(yīng)力未消除。YTM710-6型電動機(jī)的風(fēng)扇斷裂面大多數(shù)集中在焊接面周圍,與焊接產(chǎn)生的殘存余留應(yīng)力有很大關(guān)系。所有熔化式焊接,在焊縫及其熱影響區(qū)都存在較大的殘存余留應(yīng)力,殘存余留應(yīng)力的存在會導(dǎo)致焊接構(gòu)件的變形、開裂并降低其承載力,使焊接接頭的疲憊壽命大大降低。殘存余留應(yīng)力都集中在焊縫附近,當(dāng)焊接殘存余留應(yīng)力與承載的工作應(yīng)力疊加,其數(shù)值超過材料的委屈服從極限時,工件就會在焊縫附近產(chǎn)生焊接變形、斷裂等現(xiàn)象。風(fēng)扇焊接后,未消除焊接應(yīng)力或消除焊接應(yīng)力工藝不良,焊接面周圍,在力、振動等影響下容易開裂。d.電動機(jī)振動。YTM710-6型磨煤電動機(jī)與其他高壓動力機(jī)械如排粉機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)電動機(jī)的構(gòu)造一樣,但是其他電動機(jī)的風(fēng)扇從未發(fā)生過損壞事件。磨煤電動機(jī)與其他電動機(jī)的唯一不同之處是所帶負(fù)荷不同,其他電動機(jī)所帶負(fù)荷是大小沒有變化或勻速變化的負(fù)荷,正常情況下對電動機(jī)的振動等運(yùn)行條件影響很小,但磨煤電動機(jī)不同,它所帶負(fù)荷是無規(guī)則隨時變化的,固然中間隔有減速機(jī),但對電動機(jī)振動的影響還是很大,這是所有球磨煤電動機(jī)的共性缺陷,無法避免。有時減速機(jī)部分齒輪損壞時磨煤機(jī)還投入運(yùn)行,這時對電動機(jī)振動影響更大。白山熱電有限責(zé)任公司200MW機(jī)組球磨煤Y630-1-6型電動機(jī)、100MW機(jī)組磨煤JS158-6型電動機(jī)均發(fā)生過風(fēng)扇損壞事件,但其他高壓電動機(jī)未發(fā)生過風(fēng)扇損壞故障,這充分講明球磨煤機(jī)對電動機(jī)的振動影響很大。由于球磨煤機(jī)特殊運(yùn)行狀態(tài)引起電動機(jī)的振動,風(fēng)扇在振動狀態(tài)下運(yùn)行產(chǎn)生自振,離轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)風(fēng)扇構(gòu)件的自振幅值越大,到達(dá)一定程度使風(fēng)扇構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生很多小裂紋,長期運(yùn)行積累造成部分風(fēng)扇構(gòu)件的開裂、斷裂,這是YTM710-6型電動機(jī)的風(fēng)扇斷裂的主要的原因。3改造方案a.縮小風(fēng)扇半徑。通過YTM710-6型電動機(jī)散熱風(fēng)量的計算值與實(shí)際值相比擬,電動機(jī)繞組溫度歷史曲線的查看結(jié)果,確定YTM710-6型電動機(jī)的風(fēng)扇半徑能夠改小,風(fēng)扇最大半徑由原來的1120mm減少到1060mm。風(fēng)扇半徑的減小不僅降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動慣量,延緩風(fēng)扇的損壞周期,還有優(yōu)化電動機(jī)的構(gòu)造作用,可減小電動機(jī)的機(jī)械損耗,提高電動機(jī)的效率,到達(dá)節(jié)能的效果。b.選擇塑性強(qiáng)的鋼材。將風(fēng)扇材質(zhì)由Q345改成Q235,Q235固然抗拉強(qiáng)度不如Q345,但塑性好于Q345,伸長率不小于26%。改造后發(fā)現(xiàn)Q235材質(zhì)風(fēng)扇不像Q345材質(zhì)能引起大面積同時斷裂,而是一小部分先開裂逐步構(gòu)成斷裂面進(jìn)而減小毀壞程度。通過對YTM710-6型電動機(jī)風(fēng)扇斷裂面的觀察及分析,由原來的Q345改用Q235材質(zhì),風(fēng)扇葉的與軸垂直布置改為旋轉(zhuǎn)60角,并且變成半徑600mm弧度,可延緩故障發(fā)生的周期,降低故障的嚴(yán)重程度。c.消除焊接應(yīng)力。消除焊接殘存余留應(yīng)力有時效法、加熱法、振動法、噴丸法等,所用設(shè)備有豪克能應(yīng)力消除設(shè)備、振動時效設(shè)備,噴射金屬丸設(shè)備等。焊接構(gòu)件噴射金屬丸使被處理的金屬表層在沖擊性的敲打下趨于側(cè)向擴(kuò)張,但被周圍的材料所約束,進(jìn)而使零件外表產(chǎn)生殘存余留壓應(yīng)力,顯著提高零件的疲憊壽命或強(qiáng)度。YTM710-6型電動機(jī)的風(fēng)扇斷裂面大多數(shù)集中在焊接面周圍,采用噴射金屬丸法可延緩風(fēng)扇斷裂的故障的發(fā)生周期。d.減小電動機(jī)振動對風(fēng)扇的影響。球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的形式必然引起電動機(jī)振動,電動機(jī)風(fēng)扇長期在振動狀態(tài)下運(yùn)行是不可避免的。原有風(fēng)扇座與風(fēng)扇之間以金屬連接,現(xiàn)改為與鋼鐵密度相差很大的聚四氟乙烯板過渡連接,把振動大部分能量反射回去。利用衍射原理加設(shè)孔、縫等障礙物,減小能量的傳播;利用偏振原理改變風(fēng)扇葉片的角度,盡可能阻止能量傳播到離軸最遠(yuǎn)端風(fēng)扇上。由于離軸最遠(yuǎn)端的速度快、離心力大、轉(zhuǎn)動慣量大等原因,風(fēng)扇的振動疲憊毀壞都從這個位置開場,風(fēng)扇底座與風(fēng)扇之間通過聚四氟乙烯板連接,把振動波的大部分能量控制在離軸較近的位置,可減小振動對風(fēng)扇的影響。4改造效果2021年3月,白山熱電有限責(zé)任公司聯(lián)絡(luò)電動機(jī)風(fēng)扇生產(chǎn)廠家根據(jù)上述改造方案