一次风机电动机的振动诊断及处理_湘电集团有限公司_湘潭电机股从限公司

摘要：针对邹县电厂600MW机组一次风机驱动电动机异常振动的故障，利用相关分析、频谱分析、时域波形分析等方法找出了产生故障的原因和部位，及时地采取处理措施，避免了电机轴瓦损坏及电机烧损事故的发生，有力地保障了设备的安全。
　　关键词：一次风机；电动机；齿型联轴器；故障诊断；处理
　　0概述
　　山东邹县发电厂600MW进口机组，其锅炉配置为2台美国TLT-BABCOCK公司的离心式风机，水平布置、双吸叶轮、轴瓦两端支撑、进风量挡板可调，在50％额定负荷下工作；电动机配置为美国西门子公司的鼠笼式异步电机，其额定电压为6kV，功率为2250hp(1hP=745.70W)，水平布置、轴瓦两端支撑，风机与电动机之间采用齿型联轴器连接。
　　2002年11月1日开始，一次风机电动机轴承振幅逐渐增大，且振动幅值和轴瓦温度都随负荷升高而增加，并有继续加剧的趋势。机组满负荷时，电动机驱动端轴承振幅高达85μm，轴瓦温度达92℃。为查找设备问题，消除隐患，于11月13日采用美国CSl2120双通道振动采集仪对轴承的振动频谱及相位数据进行收集，并进行必需的细化分析。
　　1故障分析
　　现场测取的电动机和风机驱动端轴承水平方向的振动幅值明显高于垂直、轴向的振动幅值。电动机轴承水平方向的振幅为85μm(峰一峰值)，风机为40μm(峰一峰值)，电动机驱动端水平方向的振动值较大，仅由振动值上看似乎是电动机问题，但为明确问题的真正来源，采取了以下的分析步骤。
　　1．1电动机轴承的频谱分析
　　首先从电动机轴承的频谱分析人手，了解设备的基本运行状态，分别收集由电动机轴承盖的水平、垂直、轴向3个方向采集设备运转状态下的数据。图1为转速1489r／min，频率24.83Hz时电动机驱动端水平方向振动频谱图，图2为电动机非驱动端的轴向振动频谱图。
　　由图1可以明显地看出，电动机驱动端水平方向以1倍频和2倍频分量为主要分量，多数情况超过1倍频分量，2倍频下的振幅约为1倍频下振幅的2倍，3倍频以上工作频率下的振幅较小。从图2可以看出，电动机非驱动端轴向以1倍频振动为主。
　　依据齿型联轴器连接的不对中转子系统主要振动特征：齿型联轴器不对中故障的特征频率为角频率的2倍；由不对中故障产生的对转子的激振力随转速的升高而增大；激励振幅与不对中量成正比，随不对中量的增加，激振力产生的振幅呈线性加大。
　　通过对电机驱动端与非驱动端振动频谱比较分析，发现水平1倍频均超标，并伴有2倍频、3倍频、4倍频等工作频率下的振动，且2倍频基频谐波较突出，显示联轴器有对中问题；同时风机的振动对负荷变化比较敏感，振动幅值随负荷的增加而升高现象比较明显，因此可以推断风机与电动机间齿型联轴器存在对中问题，角向不对中问题突出。
　　轴系若具有过大的不对中量时，即使转子能够联接上，也会导致联轴器不符合其运动条件而使转子在运动中产生巨大的附加径向力和附加轴向力，使转子发生异常振动和轴承的早期损坏，这对转子系统具有更大的破坏性。
　　1．2时域波形分析
　　图3为电机转速为1489r/min，频率为24.82Hz时电动机驱动端轴承水平方向振动时域波形图。图中显示原始振动信号为畸变的正弦波，当电机转子每转动1圈时，电机转子出现2次跳跃，跳动幅值较大，由此可进一步证明电机与风机之间的联轴器对中存在严重缺陷。
　　1．3电机轴承与风机轴承的振动相关分析
　　为进一步明确联轴器对中问题，对电动机及风机轴承进行相位分析。由于设备处于运行状态，无法在联轴器处加装鉴相标志，无法采用常规的手段获得联轴器两端轴承的相位隋况，因此采用相关分析的方法来获取需要相位数据。
　　采用美国CSl2120双通道分析仪，设置通道A为触发信号通道，通道B为检测分析通道。在两侧信号相关值为1时，测得此时的1倍工作转速下两通道信号的相位差见表1。
　　通过表1可以看出，风机驱动端与电动机驱动端水平、垂直、轴向的相位约为180度，即相位相反。依据联轴器两侧同一方向的相位差在角位移不对中时约为180度的结论，因此可证明联轴器对中存在严重问题。
　　综合以上3方面内容可判断联轴器对中故障是电动机异常振动的原因。下面分析联轴器故障机理及故障部位，查找故障根本原因。
1．4联轴器故障分析
　　下面对联轴器振动机理进行分析。载荷的变化会引起轮齿刚性的变化，从而引起轮齿的振动，这种振动通常称为啮合振动。在正常情况下，啮合振动是近似于简谐振动的小幅值振动，该振动在频谱图上会出现啮合频率及其各次谐波成分。当齿轮有缺陷时，特别是当齿面均匀磨损后，其谐波成分会变得格外地突出，是齿轮磨损的一个灵敏度标志。啮合频率的各次谐波的幅值比基波的幅值上升得快。齿面上的点蚀、剥落等损伤也会在啮合频率及其各次谐波成分中表现出来。齿故障分析可从大周期故障分析和小周期故障分析两方面着手。
　　1．4．1大周期故障分析
　　由于轴系中心扰动较大，因此，电动机气隙变化也较大，其轴承振动信息的时域波形显示出了拍振信号的特征，磁隙中心很不稳定。
　　电动机与风机间齿型联轴器为70个齿的齿套连接方式，啮合频率70×24.82=1737Hz，2倍的啮合频率为2×70×24.82=3474Hz。
　　图4为转速1489r/min，频率24.82Hz时测取的电动机驱动端水平方向高频频谱图。由图4可以看出，频率是以齿轮轴的旋转频率为基本频率，预示齿轮存在齿轮偏心、局部断或裂纹等故障。图5为电动机驱动端轴承时域波形图，它显示出电动机驱动端存在冲击现象，此特征说明轮齿刚度存在阶跃情况，符合局部断或裂纹故障特征，并且齿轮轴的旋转频率及其谐波处的振幅随故障的恶化而加大，在齿轮啮合频率(70倍频)与2倍的啮合频率及其谐波周围调制出无限多的以输出轴齿轮的运行频率为间隔的边带族，且其振幅随故障的恶化而加大。

　　1．4．2小周期故障分析
　　图6为电动机驱动端轴承的高频频谱图，它显示出齿轮的啮合频率为基本频率。出现此频率特征的故障包括：齿轮胶合、疲劳和磨损等。啮合频率的高次谐波产生是由于齿面存在多个小缺陷(如凹点)或断齿造成，并且啮合频率及其谐波处的振幅随故障的恶化而加大。在1、2倍的啮合频率及其谐波处出现无限的以故障齿轮的运行频率为间隔的边带族，且其振幅随故障的恶化而加大，此故障特征符合齿断裂或凹坑。

　　依据上述齿轮的振动故障机理及特征可以明确地断定：电动机与风机之间的齿型联轴器存在断齿、裂纹和齿面凹坑情况，且联轴器裂纹是引起振动幅值随负荷显著变化的根本原因。
　　1．5故障综合分析
　　由电动机轴承的频谱分析结论可以判断出电动机异常振动是因齿型联轴器存在对中问题，且角向不对中问题突出；由时域波形分析可以进一步判断联轴器对中问题是电动机异常振动的主因；从电动机轴承与风机轴承的水平、垂直、轴向振动相关分析可以明确判断出电动机异常振动的诱因为联轴器对中故障；由大周期故障分析可以判断齿型联轴器存在裂纹；小周期故障分析推断齿型联轴器存在断齿或齿面凹坑。
　　依据上述分析可以明确判断：电动机与风机之间的齿型联轴器存在断齿、裂纹和齿面凹坑情况，且联轴器裂纹是引起振动幅值随负荷显著变化的根本原因。
　　2故障处理
　　根据设备故障分析报告及时通知相关部门停运风机，依据设备状态及机组运行负荷曲线，果断地选择夜间负荷低谷消除设备缺陷。联轴器故障的处理步骤：①设备停运前准备联轴器备品，准备联轴器更换所需的工器具及相关材料；②检查电动机及风机的轴瓦磨损情况，调整轴瓦间隙符合标准：轴瓦顶隙0.15-0.3mm，侧隙均匀约为0.10-0.15mm；③更换齿型联轴器并重新找中心，联轴器拆除及复装过程中避免转子弯曲，联轴器中心应符合规定技术标准:圆距<0．05mm，面距<0.05mm；④齿型联轴器的齿顶间隙及侧隙符合要求：配合间隙为0.2-0.05mm，内部齿用油脂充分填充；⑤更换齿型联轴器轴端密封件，保证油脂密封可靠。
　　当天午夜设备停运，拆除联轴器防护罩发现联轴器外部齿套存在一条与轴线成45度的裂纹，已贯穿齿套轴向1／3位置，揭开联轴器齿套后发现内齿已断裂多个且多数齿锈蚀。由于准备充分，措施准确，设备抢修工作顺利完成。
　　3结论
　　造成电厂主、辅设备的振动的原因很多，而且往往是多种原因综合作用的结果。针对邹县电厂一次风机驱动电机异常振动的故障，通过先进的振动分析仪，可以利用频谱图和时域波形图来初步分析引起一次风机电动机振动的主要原因，利用相关分析可确认振动的主因。再通过对联轴器的大、小周期分析进一步判断出联轴器存在裂纹和断齿凹坑的问题。
　　经过对齿型联轴器的更换及联轴器中心的重新调整，电动机的异常振动现象消失。联轴器故障的及时处理避免了设备故障进一步扩大从而导致机组非正常降出力事故的发生，保障了电网及机组的安全稳定运行。

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