循環(huán)水泵電動機振動及噪音異常的原因分析及處理

梁峻偉

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

1 引言

循環(huán)水泵電機是火力發(fā)電廠冷卻水系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，對火力發(fā)電廠安全穩(wěn)定運行起著重要作用。某電廠6*350MW機組各配2臺循環(huán)水泵，循環(huán)水泵除供水給凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)外，還向循環(huán)水用戶母管供水。循環(huán)水采用單元結(jié)構(gòu)方式，即每臺機組2臺循環(huán)水泵擔(dān)負(fù)著該機組全部的冷卻水供給，特別在夏季時停一臺循環(huán)水泵則使機組減負(fù)荷運行。該電廠與循環(huán)水泵匹配的電動機均采用湘潭電機廠生產(chǎn)的強迫水冷卻方式的鼠籠式電動機，該電動機型號為YKSL2000-14/1730-1、接線為2Y、定子線圈絕緣采用F級、額定功率為2000kW、額定電壓為 6kV、額定電流為 250.2/249.2A、轉(zhuǎn)速為424RPM、功率因數(shù)為0.82。在負(fù)荷日益增長的今天，循環(huán)水泵電動機的安全穩(wěn)定運行對火力發(fā)電廠安全生產(chǎn)意義重大。

由于某電廠41循環(huán)泵電動機在運行中振動呈上升趨勢且電磁噪音逐漸增大，為了徹底解決此現(xiàn)象，設(shè)備部點檢員在2012年12月13日對該電動機進行解體檢修。檢查發(fā)現(xiàn)該電動機轉(zhuǎn)子驅(qū)動端籠條與端環(huán)有一處明顯開焊情況（見圖1）；轉(zhuǎn)子多處籠條與硅鋼片槽型存在明顯松動的現(xiàn)象（圖2）；電動機定子端部繞組綁扎及定子槽楔存在松動情況。

2 原因分析[1]

2.1 籠條之間產(chǎn)生的較大溫差是焊接質(zhì)量不穩(wěn)定所造成的，由于焊接質(zhì)量不一致，引起籠條熱膨脹有差異，另外籠條在啟動過程中的擠流效應(yīng)，籠條中強大電流都集中在槽口使籠條上下之間有很大的電流密度差（籠條發(fā)熱與電流的平方和時間成正比）。由于籠條上下的不均勻溫升會使籠條產(chǎn)生向轉(zhuǎn)子中心彎曲的應(yīng)力。由于籠條鐵芯沖孔工藝差異使籠條在嵌裝的松緊程度不一樣，當(dāng)籠條在槽內(nèi)存在徑向間隙時，則籠條上的徑向振動力會傳遞給端環(huán)，由于各籠條中電流的相位不同，傳遞給端環(huán)的振動力會使端環(huán)產(chǎn)生扭曲，受力最大的部位是籠條的焊接處，而此處正是鼠籠結(jié)構(gòu)的最弱點。由于熱傳導(dǎo)性能差異會使各籠條間產(chǎn)生不均勻的溫升，因而各籠條之間將產(chǎn)生不同的軸向位移而使籠條產(chǎn)生軸向的拉應(yīng)力。且使籠條產(chǎn)生電磁振動應(yīng)力，特別是在電動機剛啟動的瞬間，振動幅值到最大值，是正常運行時的50-60倍。由于各種應(yīng)力作用點大都集中在籠條與端環(huán)的焊口附近，且每啟動一次便交變一次，這樣各應(yīng)力的破壞作用隨啟動次數(shù)的增加和溫升積累而增加。從而加劇了籠條與端環(huán)焊接處開焊情況，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.2 同時該電動機是雙鼠籠深槽電動機，因而轉(zhuǎn)子線圈集膚效應(yīng)顯著，這是由于轉(zhuǎn)子槽形深而窄，當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中由于定子繞組通電產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)電流使得槽中漏磁通分布不均勻，促使槽底部分的漏磁通少、較近槽口部分漏磁通多。因槽中的電流分布與導(dǎo)體各部分的阻抗成反比，越接近槽口由于漏抗越少通過的電流越大，故電流熱效應(yīng)使得上層籠條發(fā)熱，尤其是籠條與端環(huán)處發(fā)熱更嚴(yán)重；使籠條與端環(huán)焊接處由于變軟造成開焊現(xiàn)象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.3 籠條與端環(huán)是點對面的環(huán)焊接方式機械強度不夠，又加上受到電磁力及發(fā)熱緣故，加速了籠條與端環(huán)焊接處開焊現(xiàn)象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.4 由于籠條兩端直角（圖1）剪切應(yīng)力大，加大籠條與端環(huán)振動，進而加速了籠條與端環(huán)焊接處開焊現(xiàn)象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.5 電動機定子端部繞組綁扎固定及槽楔松動情況，由于交變電磁力的作用，隨著時間的推移，使該電動機振動及電磁噪音逐漸增大。

綜合上述的原因分析，該臺循環(huán)水泵電動機振動及電磁噪音增大的原因主要是由于轉(zhuǎn)子籠條開焊和定子端部繞組及定子槽楔松動造成的。

3 處理[2]

為了徹底解決41循環(huán)泵電動機在運行中振動呈上升趨勢且電磁噪音逐漸加大問題，經(jīng)電廠技術(shù)人員分析認(rèn)為，應(yīng)著重處理轉(zhuǎn)子籠條開焊、硅鋼片松動、定子端部繞組松動及定子槽楔松動問題。具體處理情況如下：

3.1 電動機轉(zhuǎn)子部分

從圖1、圖2及現(xiàn)場實際看籠條與端環(huán)在焊接部位開裂脫焊及轉(zhuǎn)子多處籠條與硅鋼片槽型存在明顯松動的現(xiàn)象，且硅鋼片有明顯打火拉弧痕跡情況，隨著電機的運行該情況會越來越嚴(yán)重。如果采取現(xiàn)場進行局部焊接修復(fù)，只能對明顯的有損壞的地方進行補焊，不可能對所有硅鋼片及端環(huán)部位進行焊接。原籠條與端環(huán)是點對面的環(huán)焊接方式機械強度不夠，又加上籠條與端環(huán)受到電磁力及發(fā)熱緣故；如該電動機繼續(xù)運行，存在籠條斷裂甩出將對定子線棒造成嚴(yán)重?fù)p壞的安全隱患。綜合上述分析，技術(shù)人員認(rèn)為轉(zhuǎn)子籠條應(yīng)全部更換，且籠條與端環(huán)的焊接采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。其處理工藝如下：

（1）轉(zhuǎn)子解體前測量并記錄轉(zhuǎn)子鐵心長度、籠條伸出鐵心長度和端環(huán)的尺寸；在車床上割開籠條，再拆除籠條和端環(huán)，測量并記錄各部尺寸。

（2）清理鐵芯后，測量轉(zhuǎn)子槽形尺寸；轉(zhuǎn)子鐵芯損壞的硅鋼片采用氬焊修復(fù)。

（3）按槽形尺寸重新設(shè)計并加工銅排保證新籠條在槽內(nèi)漲緊不松動，材料采用TMY電工用硬質(zhì)紫銅排，對加工銅排的兩端需在長度上放有一定的裕量尺寸，對籠條兩端直角改為R倒角，減少剪切應(yīng)力影響；電動機原轉(zhuǎn)子籠條與端環(huán)結(jié)構(gòu)見圖3、改后見圖 4。

（4）轉(zhuǎn)子端環(huán)經(jīng)車削加工后，再按籠條尺寸重新銑槽；將轉(zhuǎn)子籠條鑲進槽內(nèi)，逐根敲入并脹緊，按記錄尺寸，鋸掉籠條長度方向的多裕部份并修光，將端環(huán)用鑲嵌的方法，使籠條在端環(huán)內(nèi)固定好（圖4）。

作改進的原因是考慮到為了避免轉(zhuǎn)子籠條與端環(huán)接觸面少而發(fā)熱。該廠將端環(huán)增加了厚度并改變端環(huán)的斷面尺寸，這樣既增加了端環(huán)與籠條的接觸面積又使籠條在高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力因增加了端環(huán)斷面上邊緣長度和厚度受到大一點的限制力；同時在鉆端環(huán)孔時將孔徑稍微擴大一點，這樣在焊接時能填滿整個孔隙，增加了籠條與端環(huán)的接觸面、降低了接觸電阻。

（5）焊接工藝是這次檢修該電動機轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵，采用銀焊為了防止端環(huán)變形，采用先點焊端環(huán)與籠條外側(cè)，后端環(huán)與籠條內(nèi)側(cè)的焊接工藝，校正籠條與端環(huán)的垂直度，然后清除焊渣，最后逐根全面堆焊成半球形，籠條與端環(huán)內(nèi)側(cè)也加固焊接牢固可靠。在焊接時為了防止局部過熱時端環(huán)變形以減少殘余應(yīng)力，采用交叉換位技術(shù)，焊完一根后再在反方向焊接另一根。全部焊接完成后，在端環(huán)冷卻到150～200℃時，用10%～15%擰檬水溶劑刷洗，再用熱水沖凈，并用壓縮空氣吹干。

（6）轉(zhuǎn)子經(jīng)干燥后，浸F級6895環(huán)氧無溶劑漆，經(jīng)滴干清揩，再進行烘焙固化；轉(zhuǎn)子上車床校正中心后，修整端環(huán)外圓；轉(zhuǎn)子校動平衡。

（7）轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁、導(dǎo)電部份噴8037抗弧覆蓋漆，其他非配合面刷防銹漆。并對其進行交、直流耐壓試驗達(dá)到合格水平。

3.2 電動機定子部分

（1）用壓縮空氣吹凈機座，定子鐵芯內(nèi)、外表面，通風(fēng)槽等處灰塵，再將定子送入高壓蒸汽清洗機進行清洗，再根據(jù)油污嚴(yán)重程度，可自動加入S-25絕緣清詵劑進行清洗。

（2）徹底檢查定子繞組端部和引線綁扎，對松動部位，應(yīng)予重新綁扎固定。槽楔有斷裂、松動等現(xiàn)象，應(yīng)敲出槽楔，用絕緣墊條墊緊，打入新槽楔。

（3）對定子鐵芯掃膛部位打磨處理并進行鐵芯損耗及溫升試驗。

表1 電動機定子繞組絕緣及直流耐壓試驗數(shù)據(jù)

（4）將定子送入烘房，烘房溫度 140±5℃，時間為 5～8 小時；待對地絕緣穩(wěn)定后推出烘房；待定子自然冷卻到60～80℃時，浸F級6895環(huán)氧無溶劑絕緣漆。浸透后滴干，清揩鐵心處余漆。再送入烘房，逐步提高烘房溫度，最后升到140±5℃，烘焙12～16小時以后用兆歐表測定絕緣電阻穩(wěn)定。

（5）待冷到室溫后，測量三相定子繞組的直流電阻值，并用2500V兆歐表測定絕緣電阻值和吸收比，并進行直流耐壓預(yù)防性試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

（6）直流耐壓預(yù)防性試驗合格后，定子鐵心和繞組噴8037抗弧覆蓋漆，定子機殼內(nèi)壁涂刷防銹漆。

4 組裝和試運[3]

經(jīng)上述處理后，對該電動機進行組裝時對準(zhǔn)磁中心后墊好轉(zhuǎn)子；上機架就位后，安好推力瓦塊，將推力頭和鏡板壓入軸上，用環(huán)鍵鎖定并保險好，裝上導(dǎo)軸瓦，檢查瓦面的配合，必要時應(yīng)修刮。裝好油箱蓋板，進行間隙測量合格，擰緊螺釘；安裝電動機驅(qū)動端軸承，添加二硫化鉬鋰脂，并裝配下機架及軸承蓋等。該電動機各部件組裝完成后，對電動機進行空載試運，其振動為0.035mm,磁噪音正常。

5 結(jié)束語

造成電動機設(shè)備振動及電磁噪音異常的原因還有許多，只有在工作中認(rèn)真觀察及分析，才能準(zhǔn)確地找出主要原因并針對性進行處理，就能有效地解決電動機運行中的振動及電磁噪音問題，保證電動機長期安全、穩(wěn)定運行。

[1]熊干儒。高壓異步電機轉(zhuǎn)子改造中采用復(fù)合籠條等新技術(shù)的應(yīng)用和總結(jié)。2005年第一期《上海梅山電機技術(shù)》第17-20頁。

[2]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》

[3]國家標(biāo)準(zhǔn)GB10068.2-88《旋轉(zhuǎn)電機振動測定方法及振動限值》