JK133—2高壓電機綜合故障的分析與處理

JK133－2、6000V/290KW高壓電機是我公司硫酸廠轉化風機的原動機。二OO三年三月，主機因軸瓦損壞停機，同時對電機也進行例行檢修，更換軸承、軸承套及轉子抽芯三項。裝配完畢后，空試電機時，后端（軸伸端）軸承溫升較快并超過最高允許值70℃，且還有上升趨勢，振動強烈。電機檢修人員隨即將問題反映到公司機動處。
    首先，我們用簡易測振儀DZ－5測出電機前后端軸承振動值，分別在水平Ｈ、垂直Ｖ、軸向Ａ三個方向測試，數值如下表：

電機運轉過程中，后端有明顯異常聲響，機械故障特征較為明顯。懷疑是新更換的后端軸承套存在問題。隨后對電機解體，重點檢查了軸承套外徑與端蓋孔的配合尺寸。經測量:前端蓋孔尺寸為φ240+0.05,軸承套為φ240-0.05；后端蓋孔尺寸為φ240+0.16,軸承套為φ240-0.08，配合尺寸嚴重超標。后端壓蓋與伸出軸有5道明顯的擦痕，深度達0.34mm且與后壓蓋迷封環的道數一致，但僅在軸圓周的三分之一上。而在前端伸出軸與其相反的方向上也有一道約0.1mm深的摩擦痕跡，系軸與前壓蓋摩擦所致。經分析，我們認為：這一嚴重摩擦是軸承套與端蓋孔具有較大間隙,軸承套受轉子離心力作用,發生周期性軸向偏斜所致，同時造成軸承溫升快，超過最高允許值。電機轉子、風扇、平衡盤及配重塊都沒有松動現象。轉軸的彎曲狀況，徑向跳動前后均為0.03mm，小于0.1mm的標準。于是決定加工軸承套來配端蓋孔修復電機，確定前后軸承套外徑尺寸分別為：φ240、φ240。實際加工的尺寸為：φ240+0.07、φ240+0.16。其余裝配尺寸均在標準要求公差范圍內。但更換軸承套后，電機振動沒有明顯改善，測量數值如下表：

除水平振動超標外，軸向振動也明顯異常，但溫升恢復正常。由于已排除轉子徑向定位的問題，軸向振動增大的可能原因有：電機在裝配時軸向定位不足造成電機運行中在電磁力的作用下發生竄軸現象。該電機在前后端都采用6318日本產軸承。經檢測：后軸承外圈與外壓蓋凸緣的間隙為2mm，轉子有較大的軸向游隙。根據實際情況，需將電機前端定位，預留50%的軸承軸向游隙；電機后端軸承的軸向間隙應為：轉子熱膨脹的伸長量與50%的軸承游隙的總和。碳鋼的線膨脹系數為12×10-61/℃,電機實際允許溫升為50℃，轉子兩軸承間距為1.2×103mm,轉子伸長量為12×10-6×1.2 ×103×50=0.72 mm。軸承游隙為0.30mm。后端軸承預留總間隙為0.87mm。
    在裝配工藝上，應先將前端軸、軸承、軸承套與壓蓋裝配并調整定位后再裝電機前端蓋。裝好電機后端蓋，從外壓蓋處調整電機的后端間隙。電機經正確裝配調整后，其軸向、徑向都已得到定位，符合電機裝配技術要求。測試振動值如下表：

結果表明：電機的軸向振動有了顯著下降，水平振動仍沒有改善，至此，機械裝配對電機運行的影響已全部排除。
    為進一步了解該電機的運行狀況，查閱了自一九九八年來的電機狀態監測資料，發現該電機近幾年來水平方向的振動值一直超標，最大為5.4mm/s。同時在檢修過程中注意到：在本次電機處理過程中，無論是高速旋轉、還是手動盤車，其總在一個方向停止的記錄多達十幾次，轉子不平衡特征非常明顯。用DS101數據采集系統進行數據采集分析，其二維全息譜圖如下：

                              1X       2X      3X
    二維全息譜圖中一倍頻分量突出，在倍頻和分頻上幾乎沒有突出分量。電機后端一倍頻幾乎為一直線，表明轉子動不平衡主要表現在后端，前端不平衡分量非常小，前后轉子動不平衡量的相位差在180°左右。于是將電機送外做動平衡校驗。原始不平衡量：前端為47g.mm，相位10°；后端為145g.mm，相位198°。與我們的判斷相一致。轉子經動平衡后裝配空試，測試最大振動值為1.9mm/s，達到良好運行狀態。
    小結：對于運行多年的電機，其振動值超標有多種原因，需逐一進行分析判斷并加以排除，此電機為典型的綜合影響因素導致振動值超標，概括來講主要有以下二點：
    １、 原軸承套與端蓋的配合劣化；
    ２、 轉子動不平衡惡化引起電機運轉振動超標。

參考文獻：
    [1] 徐灝主編  機械設計手冊（３） 機械工業出版社  １９９１.
    [2] 陳大禧等  大型回轉機械診斷現場實用技術.機械工業出版社，２００２.