JK133—2高压电机综合故障的分析与处理

JK133－2、6000V/290KW高压电机是我公司硫酸厂转化风机的原动机。二OO三年三月，主机因轴瓦损坏停机，同时对电机也进行例行检修，更换轴承、轴承套及转子抽芯三项。装配完毕后，空试电机时，后端（轴伸端）轴承温升较快并超过最高允许值70℃，且还有上升趋势，振动强烈。电机检修人员随即将问题反映到公司机动处。
    首先，我们用简易测振仪DZ－5测出电机前后端轴承振动值，分别在水平Ｈ、垂直Ｖ、轴向Ａ三个方向测试，数值如下表：

电机运转过程中，后端有明显异常声响，机械故障特征较为明显。怀疑是新更换的后端轴承套存在问题。随后对电机解体，重点检查了轴承套外径与端盖孔的配合尺寸。经测量:前端盖孔尺寸为φ240+0.05,轴承套为φ240-0.05；后端盖孔尺寸为φ240+0.16,轴承套为φ240-0.08，配合尺寸严重超标。后端压盖与伸出轴有5道明显的擦痕，深度达0.34mm且与后压盖迷封环的道数一致，但仅在轴圆周的三分之一上。而在前端伸出轴与其相反的方向上也有一道约0.1mm深的摩擦痕迹，系轴与前压盖摩擦所致。经分析，我们认为：这一严重摩擦是轴承套与端盖孔具有较大间隙,轴承套受转子离心力作用,发生周期性轴向偏斜所致，同时造成轴承温升快，超过最高允许值。电机转子、风扇、平衡盘及配重块都没有松动现象。转轴的弯曲状况，径向跳动前后均为0.03mm，小于0.1mm的标准。于是决定加工轴承套来配端盖孔修复电机，确定前后轴承套外径尺寸分别为：φ240、φ240。实际加工的尺寸为：φ240+0.07、φ240+0.16。其余装配尺寸均在标准要求公差范围内。但更换轴承套后，电机振动没有明显改善，测量数值如下表：

除水平振动超标外，轴向振动也明显异常，但温升恢复正常。由于已排除转子径向定位的问题，轴向振动增大的可能原因有：电机在装配时轴向定位不足造成电机运行中在电磁力的作用下发生窜轴现象。该电机在前后端都采用6318日本产轴承。经检测：后轴承外圈与外压盖凸缘的间隙为2mm，转子有较大的轴向游隙。根据实际情况，需将电机前端定位，预留50%的轴承轴向游隙；电机后端轴承的轴向间隙应为：转子热膨胀的伸长量与50%的轴承游隙的总和。碳钢的线膨胀系数为12×10-61/℃,电机实际允许温升为50℃，转子两轴承间距为1.2×103mm,转子伸长量为12×10-6×1.2 ×103×50=0.72 mm。轴承游隙为0.30mm。后端轴承预留总间隙为0.87mm。
    在装配工艺上，应先将前端轴、轴承、轴承套与压盖装配并调整定位后再装电机前端盖。装好电机后端盖，从外压盖处调整电机的后端间隙。电机经正确装配调整后，其轴向、径向都已得到定位，符合电机装配技术要求。测试振动值如下表：

结果表明：电机的轴向振动有了显著下降，水平振动仍没有改善，至此，机械装配对电机运行的影响已全部排除。
    为进一步了解该电机的运行状况，查阅了自一九九八年来的电机状态监测资料，发现该电机近几年来水平方向的振动值一直超标，最大为5.4mm/s。同时在检修过程中注意到：在本次电机处理过程中，无论是高速旋转、还是手动盘车，其总在一个方向停止的记录多达十几次，转子不平衡特征非常明显。用DS101数据采集系统进行数据采集分析，其二维全息谱图如下：

                              1X       2X      3X
    二维全息谱图中一倍频分量突出，在倍频和分频上几乎没有突出分量。电机后端一倍频几乎为一直线，表明转子动不平衡主要表现在后端，前端不平衡分量非常小，前后转子动不平衡量的相位差在180°左右。于是将电机送外做动平衡校验。原始不平衡量：前端为47g.mm，相位10°；后端为145g.mm，相位198°。与我们的判断相一致。转子经动平衡后装配空试，测试最大振动值为1.9mm/s，达到良好运行状态。
    小结：对于运行多年的电机，其振动值超标有多种原因，需逐一进行分析判断并加以排除，此电机为典型的综合影响因素导致振动值超标，概括来讲主要有以下二点：
    １、 原轴承套与端盖的配合劣化；
    ２、 转子动不平衡恶化引起电机运转振动超标。

参考文献：
    [1] 徐灏主编  机械设计手册（３） 机械工业出版社  １９９１.
    [2] 陈大禧等  大型回转机械诊断现场实用技术.机械工业出版社，２００２.