大型電機(jī)軸承溫度異常的原因分析及改造方案

胡常春

(華電福新能源股份有限公司華安水力發(fā)電廠，福建 漳州 363800)

大型電機(jī)軸承溫度異常的原因分析及改造方案

胡常春

(華電福新能源股份有限公司華安水力發(fā)電廠，福建 漳州 363800)

針對(duì)某電廠機(jī)組引風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承頻繁出現(xiàn)溫度突升的異?，F(xiàn)象，進(jìn)行了故障查找和原因分析，并對(duì)電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)實(shí)施了改造。改造結(jié)果表明：將引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承改造成滑動(dòng)軸承后，電機(jī)軸承溫度保持在正常合格范圍內(nèi)，避免了重大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響，改造效果顯著。

電機(jī)軸承；溫度異常；軸承結(jié)構(gòu)；技術(shù)改造

0 引言

某電廠1期裝機(jī)容量為2×396 MW，主機(jī)和重要輔機(jī)均為進(jìn)口設(shè)備，2臺(tái)機(jī)組于2001年正式投入商業(yè)運(yùn)行。2013—2014年，該電廠對(duì)1期2臺(tái)機(jī)組實(shí)施了煙氣脫硝技術(shù)改造，也對(duì)機(jī)組引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了擴(kuò)容改造。但是，在機(jī)組引風(fēng)機(jī)擴(kuò)容改造后，引風(fēng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端軸承在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)溫度異常突升現(xiàn)象，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 存在問(wèn)題

該電廠每臺(tái)機(jī)組安裝2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，在2001年投產(chǎn)時(shí)引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用德國(guó)西門子公司制造的1 850 kW進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，電機(jī)使用滑動(dòng)軸承，自投運(yùn)后十余年來(lái)運(yùn)行正常。此后，因機(jī)組脫硝改造的需要，引風(fēng)機(jī)電機(jī)更換成上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司制造的3 300 kW國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)。更換后的引風(fēng)機(jī)電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 更換后的引風(fēng)機(jī)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

引風(fēng)機(jī)電機(jī)更換后投運(yùn)不久，出現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度異常升高的現(xiàn)象，其中1B引風(fēng)機(jī)電機(jī)癥狀較為明顯。雖經(jīng)引風(fēng)機(jī)廠家調(diào)整，仍無(wú)法徹底消除電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度突升問(wèn)題。后來(lái)，在引風(fēng)機(jī)廠家確認(rèn)可用的情況下，該電廠決定先保持引風(fēng)機(jī)帶病運(yùn)行。

2013年10月，1B引風(fēng)機(jī)電機(jī)再次頻繁出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度異常突升現(xiàn)象，危及1號(hào)機(jī)組安全運(yùn)行，電廠立即聯(lián)系引風(fēng)機(jī)及電機(jī)廠家到廠進(jìn)行檢查。經(jīng)廠家現(xiàn)場(chǎng)檢查分析，認(rèn)為可能是由風(fēng)葉角度安裝不一致或內(nèi)部部件裝反引起的，需在引風(fēng)機(jī)計(jì)劃停運(yùn)后進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片同步性檢查、整流導(dǎo)葉環(huán)安裝正確性檢查、風(fēng)機(jī)膨脹量及中心檢查和風(fēng)機(jī)流道檢查。暫時(shí)保持風(fēng)機(jī)葉片開度在50 %以下運(yùn)行。

2014年1月，在1號(hào)機(jī)組臨檢期間，電廠方按引風(fēng)機(jī)廠家的處理意見(jiàn)對(duì)1號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)及電機(jī)進(jìn)行了檢查，問(wèn)題仍然沒(méi)有解決。

2014年7月，電廠方再次聯(lián)系引風(fēng)機(jī)及電機(jī)廠家到廠檢查。根據(jù)電機(jī)廠家的要求，對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行油脂置換。隨后，1號(hào)機(jī)組1A/1B引風(fēng)機(jī)于7月6日和7月12日先后因電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度過(guò)高而跳閘。跳閘后，對(duì)1A/1B引風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端軸承均已嚴(yán)重?fù)p壞，損壞情況如圖1，2所示。

2 故障原因分析

結(jié)合該電廠機(jī)組引風(fēng)機(jī)電機(jī)投運(yùn)1年多運(yùn)行的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度升高問(wèn)題的檢查調(diào)整及引風(fēng)機(jī)電機(jī)因驅(qū)動(dòng)端軸承溫度過(guò)高跳閘后的解體檢查結(jié)果，基本可認(rèn)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)溫度異常突升導(dǎo)致軸承損壞的根本原因是：電機(jī)軸承設(shè)計(jì)選型不合理(軸承型號(hào)為NSK NU240ECM/C3和NSK 23044CC/C3W33)。

圖1 引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承損壞情況

圖2 引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承保持架散架

2.1 軸承潤(rùn)滑油問(wèn)題

由引風(fēng)機(jī)電機(jī)銘牌得知，電機(jī)使用鋰基脂2號(hào)潤(rùn)滑脂。查閱潤(rùn)滑脂相關(guān)資料，該油脂滴點(diǎn)溫度較低，即稠度較低，適用于中轉(zhuǎn)速、中負(fù)載的機(jī)械設(shè)備。由于電廠引風(fēng)機(jī)電機(jī)屬于高負(fù)載設(shè)備，故認(rèn)為該潤(rùn)滑油脂不適合用于該電機(jī)。1號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)電機(jī)跳閘故障處理后，已將電機(jī)軸承潤(rùn)滑油置換成鋰基脂3號(hào)潤(rùn)滑脂。

2.2 軸承搭配問(wèn)題

NSK 23044CC/C3W33為雙列球面滾子軸承，極限轉(zhuǎn)速為1 200 r/min；NSK NU240ECM/C3為單列圓珠滾子軸承，極限轉(zhuǎn)速為1 700 r/min。23044CC軸承允許轉(zhuǎn)軸調(diào)心，而NU240ECM則不允許(屬于固定式)。因此，NSK NU240ECM/C3與NSK 23044CC/C3W33軸承不適合搭配使用。

由于引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子中心不正、轉(zhuǎn)子受熱膨脹、轉(zhuǎn)子自重下垂等原因，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子不可能保持在同一水平線上，軸線如圖3所示。

圖3 軸線示意

由于NU240ECM不可調(diào)心，引起23044CC軸承徑向受力不均勻，局部受力過(guò)大，或引起額外附加軸向力，縮短了軸承壽命。經(jīng)咨詢NSK工程師，建議兩端均使用雙列球面滾子軸承，以保證自動(dòng)調(diào)心功能。

2.3 軸承壽命、載荷和選型問(wèn)題

當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)軸承極限轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，即超過(guò)600 r/min(NSK 23044CC/C3W33軸承)和850 r/min(NSK NU240ECM/C3軸承)時(shí)，對(duì)軸承的使用條件限制更為嚴(yán)格；而引風(fēng)機(jī)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為994 r/min，軸承更容易受外部條件的影響而縮短實(shí)際使用壽命。

該電廠脫硫系統(tǒng)原增壓風(fēng)機(jī)的額定功率為2 100 kW，額定轉(zhuǎn)速為595 r/min，電機(jī)軸承均采用23044CC和23048CC雙列球面滾子軸承，電機(jī)正常投入運(yùn)行。相較于增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率增加了1 200 kW，轉(zhuǎn)速提高了399 r/min，但驅(qū)動(dòng)端軸承仍選用23044CC雙列球面滾子軸承，顯然無(wú)法滿足實(shí)際載荷的需要。

綜上述所，電廠認(rèn)為引風(fēng)機(jī)廠家在電機(jī)軸承設(shè)計(jì)、選型上存在問(wèn)題?，F(xiàn)有軸承為滾動(dòng)軸承，無(wú)法長(zhǎng)期承受引風(fēng)機(jī)重型負(fù)載，建議將引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承改為滑動(dòng)軸承，以提高電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

3 改造方案的選擇

電廠與電機(jī)廠家討論并向NSK軸承廠家咨詢后，提出了3種改造方案：

(1) 在引風(fēng)機(jī)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端加裝推力軸承；

(2) 將現(xiàn)有軸承更換成尺寸更大的滾動(dòng)軸承；

(3) 將現(xiàn)有滾動(dòng)軸承改造成滑動(dòng)軸承。

對(duì)比3種改造方案的優(yōu)劣，并結(jié)合引風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行工況，決定采用方案(3)。

4 改造方案的實(shí)施

4.1 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的常規(guī)檢查及處理

(1) 拆除引風(fēng)機(jī)電機(jī)，將電機(jī)運(yùn)返電機(jī)廠進(jìn)行改造、處理。

(2) 拆解電機(jī)，并將其清洗、烘干。

(3) 電機(jī)定子三相直流電阻和絕緣電阻的測(cè)定、線圈匝間絕緣耐沖擊電壓試驗(yàn)。

(4) 檢查電機(jī)槽楔、線圈端部的綁扎是否松動(dòng)，絕緣件是否老化，電機(jī)引線是否老化開裂。

(5) 電機(jī)定子浸漆絕緣處理1次，定子線圈端部及鐵心表面噴8037號(hào)絕緣覆蓋漆。

(6) 檢查轉(zhuǎn)子鼠籠銅排是否松動(dòng)，與端環(huán)的焊接是否開裂或脫焊等。

4.2 滾動(dòng)軸承改為端蓋式滑動(dòng)軸承

(1) 新制作兩端端蓋式軸承。

(2) 根據(jù)滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)尺寸，重新制作新轉(zhuǎn)軸，更換電機(jī)轉(zhuǎn)軸。

(3) 將前后兩端的端蓋改為滑動(dòng)軸承式端蓋，更換電機(jī)兩端的端蓋。

(4) 定子兩端止口平面螺孔的位置及尺寸應(yīng)根據(jù)兩端端蓋上的螺孔重新配鉆，將原來(lái)的螺孔悶掉。將電機(jī)原有的4個(gè)地腳孔加工成腰形孔，即將原有的孔沿軸向方向兩邊各放長(zhǎng)5 mm，以保證電機(jī)在安裝時(shí)軸向位置可以調(diào)整(更換轉(zhuǎn)軸后，電機(jī)的磁中心位置可能會(huì)發(fā)生很小的變動(dòng))。

(5) 轉(zhuǎn)子重新校動(dòng)平衡。

(6) 轉(zhuǎn)子鐵心表面噴8037號(hào)絕緣覆蓋漆。

(7) 電機(jī)總裝時(shí)需保證定轉(zhuǎn)子之間的間隙，并在端蓋和定子止口之間打定位銷，以保證定轉(zhuǎn)子之間的間隙不變。

(8) 在電機(jī)負(fù)荷端增加1套接地電刷。

(9) 電機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量電機(jī)的磁中心位置，并標(biāo)注在新的磁中心位置的銘牌上（附試驗(yàn)報(bào)告）。

4.3 電機(jī)運(yùn)返現(xiàn)場(chǎng)安裝投運(yùn)

(1) 引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承改造后的電機(jī)安裝尺寸，與原來(lái)的安裝尺寸基本保持一致。

(2) 為了確保電機(jī)運(yùn)行中軸承溫度正常，引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承潤(rùn)滑改為強(qiáng)迫稀油潤(rùn)滑方式(電機(jī)自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)使運(yùn)行中的軸承溫度偏高，將縮短軸承使用壽命)，所用潤(rùn)滑油接自引風(fēng)機(jī)現(xiàn)有油站(油壓和流量滿足改造后電機(jī)軸承的使用需求)。

(3) 安裝引風(fēng)機(jī)電機(jī)時(shí)，兩聯(lián)軸器之間的軸向尺寸應(yīng)按電機(jī)上的磁中心位置尺寸進(jìn)行安裝，以確保電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)竄動(dòng)。

5 改造后的運(yùn)行情況及改造效果分析

5.1 改造后的運(yùn)行情況

該電廠利用2015年2臺(tái)機(jī)組小修時(shí)機(jī)，對(duì)2臺(tái)機(jī)組4臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)全部實(shí)施軸承結(jié)構(gòu)改造。改造后，引風(fēng)機(jī)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常，電機(jī)軸承溫度保持在合格范圍內(nèi)，至今沒(méi)有出現(xiàn)溫度異常突升現(xiàn)象。

5.2 改造效果分析

現(xiàn)以2014年7月1號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)電機(jī)故障導(dǎo)致的損失為例，對(duì)改造效果加以計(jì)算分析。故障處理期間正值社會(huì)用電需求高峰，機(jī)組負(fù)荷原本應(yīng)基本保持在300 MW以上，但因引風(fēng)機(jī)故障無(wú)法投運(yùn)，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷限制在200 MW以下，故障處理時(shí)間291 h，按度電邊際貢獻(xiàn)0．10元計(jì)算，保守估計(jì)單電量損失就高達(dá)290萬(wàn)元；此外，還有故障處理備件和人工費(fèi)用約27萬(wàn)元等。每臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承改造所需費(fèi)用僅為40萬(wàn)元，4臺(tái)電機(jī)軸承改造費(fèi)用為160萬(wàn)元，遠(yuǎn)低于單臺(tái)電機(jī)故障導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

該電廠將引風(fēng)機(jī)電機(jī)滾動(dòng)軸承改為滑動(dòng)軸承后，提高了引風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行可靠性，避免了因引風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承故障造成機(jī)組負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間受限而導(dǎo)致的重大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響，改造效果顯著。

6 結(jié)束語(yǔ)

該電廠通過(guò)引風(fēng)機(jī)軸承改造，徹底消除了機(jī)組重要輔機(jī)的安全隱患，提高了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性。同時(shí)，改造前后的設(shè)備隱患分析、改造方案選擇及現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施，為以后解決同類設(shè)備異常提供了依據(jù)和實(shí)例，對(duì)今后同類電廠大型電動(dòng)機(jī)的設(shè)備選型、運(yùn)行維護(hù)及軸承改造有一定的借鑒意義。

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2016-10-29；

2016-12-29。

胡常春(1976—)，男，工程師，主要研究方向?yàn)殡姎庠O(shè)備試驗(yàn)及應(yīng)用技術(shù)管理，email：747376138@qq．com。