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300MW机组的锅炉给水泵电机振动故障诊断

北极星电力网技术频道    作者:罗剑斌 袁立平 张少峰 刘占辉   2009/6/26 14:30:39   

  所属频道:  火力发电    关键词:  电动机 振动 热变形

【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:
    
           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。
  2 设备振动特点
  2.1 试验工况
  2.1.1 给水泵电动机单转试验:电动机电流:180A,电动机为定速1498 r/min。
  2.1.2 给水泵变转速(负荷)试验工况见表1。
               表1. 给水泵变转速试验工况

  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;
  
  2.2.3 电动机基础振动始终很小(10m左右)。
      表2.某台300MW机组#1C给水泵电动机振动试验数据 单位:m∠°
 
    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
  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。
      
               图2 转子出现局部过热现象
      
                 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
                
式中:L-转子本体长度,mm;
  α-金属的线胀系数,约为
  -转子截面的温差, ℃
  -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

来源:河南电力试验研究院
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