三角帶傳動離心風(fēng)機(jī)電動機(jī)軸承損壞原因分析

羅杰 薛超

摘 要

三角帶傳動是核電廠通風(fēng)系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)的一種傳動方式。3、4#機(jī)組功率運(yùn)行期間，電動機(jī)斷軸、電動機(jī)軸承損壞引起定轉(zhuǎn)子掃膛事故是三角帶傳動離心風(fēng)機(jī)發(fā)生了多次的典型而嚴(yán)重的故障模式。為明確產(chǎn)生故障的根本原因，避免同類設(shè)備發(fā)生重復(fù)性故障，本文通過對一起離心風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場故障進(jìn)行深度剖析，通過引用標(biāo)準(zhǔn)、建立模型、理論計算、調(diào)研等一系列手段，找到了引起三角帶傳動離心風(fēng)機(jī)發(fā)生以上機(jī)械故障的主要原因，為優(yōu)化相關(guān)維修規(guī)程建立了重要的理論依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場條件實(shí)施技術(shù)改造，將三角帶傳動風(fēng)機(jī)改造為直連風(fēng)機(jī)，從根本上消除三角帶給風(fēng)機(jī)造成的潛在故障風(fēng)險。

關(guān)鍵詞

皮帶張力;軸承基本額定壽命;徑向力

中圖分類號： TM614 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 21

0 引言

風(fēng)機(jī)是核電廠各類通風(fēng)系統(tǒng)的常用旋轉(zhuǎn)設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上區(qū)分，可以分為軸流風(fēng)機(jī)、直連式離心風(fēng)機(jī)、皮帶傳動式離心風(fēng)機(jī)。皮帶傳動式離心風(fēng)機(jī)主要由電動機(jī)、主動輪、從動輪、三角帶皮帶、風(fēng)機(jī)等部件組成。由于三角帶的材料屬性，該類離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中會不可避免地產(chǎn)生皮帶磨損、傳遞效率降低、皮帶過緊、打滑等問題。尤為值得注意的是，皮帶傳動式離心風(fēng)機(jī)與其他兩種風(fēng)機(jī)相比，由于皮帶張緊力對電動機(jī)軸頭主動輪的附加徑向作用力，使電動機(jī)轉(zhuǎn)軸及其軸承承受除轉(zhuǎn)子重力外的額外徑向拉力，電動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸及其軸承使用壽命定會受到影響。若皮帶張緊力設(shè)置過大，無疑會加速電機(jī)軸承疲勞，縮短軸承使用壽命。核電廠電氣廠房主通風(fēng)系統(tǒng)某離心風(fēng)機(jī)2014年8月17日，發(fā)生一起離心風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承損壞進(jìn)而引發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子掃膛事故。因此，需要對離心風(fēng)機(jī)三角帶皮帶張力的設(shè)定方法，以及設(shè)定皮帶張緊力后對電動機(jī)軸承壽命的影響作出定量或定性分析判斷，用于指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備的維護(hù)工作。

1 設(shè)備和系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)概述

DVL，核電廠電氣廠房主通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計用于以下區(qū)域的通風(fēng)：低壓和中壓配電盤室及繼電器室通風(fēng);出入口通道區(qū)和冷區(qū)通風(fēng);壓縮機(jī)房通風(fēng)。其中低壓和中壓配電盤室及繼電器室通風(fēng)系統(tǒng)，主要用于對相關(guān)區(qū)域的運(yùn)行設(shè)備保持其室內(nèi)溫度在規(guī)定限值以內(nèi)，并保持各房間內(nèi)有微小正壓，避免塵埃滲入。該通風(fēng)系統(tǒng)投運(yùn)后，可保持冬季房間溫度不低于5℃，保持夏季溫度不高于35℃。

1.2 設(shè)備概述

故障風(fēng)機(jī)的廠內(nèi)設(shè)備位號為4DVL202ZV，廠內(nèi)設(shè)備名稱為低壓和中壓配電盤室及繼電器室A列排風(fēng)機(jī)（以下簡稱2號風(fēng)機(jī)）。主要由風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)機(jī)主軸、風(fēng)機(jī)機(jī)殼、風(fēng)機(jī)軸承座，皮帶輪、皮帶、皮帶罩、電動機(jī)、公用底座構(gòu)成。風(fēng)機(jī)型號為QF-C14-8型，風(fēng)量45695/h，浙江上風(fēng)廠制造。風(fēng)機(jī)配套電動機(jī)為佳木斯電機(jī)廠生產(chǎn)，電動機(jī)型號Y2 200L-4，額定電壓380V，額定功率30kW，額定轉(zhuǎn)數(shù)1452r/min，重272kg。電動機(jī)兩側(cè)軸承室均設(shè)置有注油孔，兩端軸承型號均為SKF6312。電機(jī)與風(fēng)機(jī)采用皮帶傳動，皮帶型號為窄V帶SPB3550。電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子機(jī)械能，通過帶輪與皮帶摩擦力的作用使皮帶及風(fēng)機(jī)獲得動能，從而將機(jī)械能從電機(jī)側(cè)傳遞至風(fēng)機(jī)側(cè)。

2 離心風(fēng)機(jī)故障

2.1 故障現(xiàn)象

2014年8月17日，主控室觸發(fā)某配電盤報警，隨后觸發(fā)火災(zāi)報警。運(yùn)行人員根據(jù)報警配電盤鎖定故障區(qū)域，發(fā)現(xiàn)剛剛還在運(yùn)行的2號風(fēng)機(jī)已停運(yùn)，空氣四周彌漫有焦煳味。維修人員對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)2號風(fēng)機(jī)配電開關(guān)抽屜內(nèi)B相熔絲熔斷;電動機(jī)驅(qū)動端軸承保持架扭曲斷裂、滾珠變形、軸承油脂發(fā)黑;電動機(jī)定轉(zhuǎn)子已掃膛，定子表面絕緣材料高溫變色、磨損嚴(yán)重。

2.2 原因分析

2.2.1 故障設(shè)備檢修史

2號風(fēng)機(jī)從機(jī)組投運(yùn)至故障發(fā)生前，設(shè)備的歷史檢修時間、檢修任務(wù)、檢修主要工作內(nèi)容列下表1詳細(xì)說明：

2號風(fēng)機(jī)預(yù)防性維護(hù)工作主要包含：

（1）風(fēng)機(jī)軸承半年潤滑，工作過程中對皮帶張緊力進(jìn)行調(diào)整，張緊力調(diào)整范圍為60N至80N之間。

（2）電動機(jī)清潔與絕緣檢查，主要測量電動機(jī)基本電氣參數(shù)。

（3）電動機(jī)6個月加油脂，目的是保證電機(jī)兩側(cè)軸承潤滑充足。

（4）電動機(jī)解體大修，預(yù)維周期為3年。主要工作內(nèi)容為電動機(jī)抽轉(zhuǎn)子，定轉(zhuǎn)子目視檢查，電機(jī)機(jī)械尺寸測量，更換兩端軸承。

2號風(fēng)機(jī)作為低壓和中壓配電盤室及繼電器室排風(fēng)機(jī)，設(shè)計上要求電廠功率運(yùn)行期間連續(xù)運(yùn)行，不切換、不停運(yùn)。2013年1月15日該風(fēng)機(jī)與電動機(jī)進(jìn)行同步解體檢查，電動機(jī)兩端更換新軸承。2014年8月16日，電動機(jī)發(fā)生定轉(zhuǎn)子掃膛事故，這兩個時間點(diǎn)的時間間隔為18個月，由于402大修期間該設(shè)備停運(yùn)近半月，故2號風(fēng)機(jī)電動機(jī)新軸承的實(shí)際使用壽命為17.5月。

2013年1月15日，電動機(jī)進(jìn)行解體檢修，期間更換了電動機(jī)兩側(cè)軸承。該軸承為電廠備件倉庫正品軸承，在軸承安裝前進(jìn)行手盤檢查，轉(zhuǎn)動靈活無異常。電動機(jī)組裝后進(jìn)行通電空載試驗(yàn)，軸承無異音，電機(jī)本體溫度、軸承溫度、三相電流一致性均滿足要求。因此，2號風(fēng)機(jī)故障不是因電動機(jī)軸承質(zhì)量或軸承安裝問題造成的。

對比秦二廠2號機(jī)組同位號風(fēng)機(jī)，均為皮帶傳動，電動機(jī)功率均為30kW，風(fēng)機(jī)型號相同，均為QF-C14-8。電動機(jī)解體檢查項(xiàng)目預(yù)防性維修周期相同，均為3年。通過查閱歷史工單并與秦二廠2號機(jī)組維修部門了解，秦二廠2號風(fēng)機(jī)在電廠功率運(yùn)行期間從未發(fā)生軸承損壞并導(dǎo)致電機(jī)掃膛的故障。所以，2號風(fēng)機(jī)電動機(jī)解體周期設(shè)置為3年是合理。電機(jī)解體項(xiàng)目預(yù)維周期不合理不是引起電機(jī)軸承損壞的原因。

電動機(jī)自2013年1月15日解體檢修任務(wù)完成后，嚴(yán)格按照PM項(xiàng)目，在規(guī)定的時間間隔定期進(jìn)行軸承6個月加油脂工作，即電動機(jī)兩端軸承有足夠的油脂潤滑。

為明確電動機(jī)軸承損壞的根本原因，引入SKF軸承手冊中軸承基本額定壽命概念，代入軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時表征軸承受力的各參量，從計算皮帶初始帶拉力為起點(diǎn)，對電機(jī)軸承（型號SKF6312）基本額定壽命進(jìn)行估算。

2.2.2 軸承基本額定壽命

可見，通過理論計算，對于離心式皮帶風(fēng)機(jī)，皮帶張力設(shè)置為不同值時，電動機(jī)驅(qū)動端軸承SKF6312的基本額定壽命會發(fā)生明顯變化，且較小的皮帶張力變化量ΔG會引起更大的軸承基本額定壽命變化量ΔL10h，即皮帶張力對軸承基本額定壽命的影響非常敏感，因此對某一設(shè)計已完成的皮帶傳動裝置，傳動功率、轉(zhuǎn)速、皮帶型號、皮帶組數(shù)已確定的情況下，皮帶張力的設(shè)定值需由相關(guān)國標(biāo)要求進(jìn)行嚴(yán)格計算，才能保證設(shè)備安全、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 維修策略優(yōu)化

3.1 定標(biāo)準(zhǔn)

為了保證電廠三角帶傳動式離心風(fēng)機(jī)能夠在預(yù)維周期內(nèi)安全高效地為系統(tǒng)服務(wù)，盡可能避免2號風(fēng)機(jī)同類設(shè)備故障發(fā)生，這就要求我們的維修操規(guī)程能夠正確地指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備的檢修維護(hù)工作，避免規(guī)程關(guān)鍵操作步驟的設(shè)定數(shù)據(jù)不適用于維修對象，給設(shè)備連續(xù)運(yùn)行帶來隱患。

（1）經(jīng)過對秦二廠1、2#機(jī)組、防城港核電同位號同型號風(fēng)機(jī)的維修規(guī)程進(jìn)行調(diào)研以及根據(jù)國標(biāo) 《普通和窄V帶傳動》中對初拉力公式的應(yīng)用和計算，在咨詢風(fēng)機(jī)廠家意見的基礎(chǔ)上，重新對維修規(guī)程《擴(kuò)建機(jī)組QF-C14-8型風(fēng)機(jī)全面解體檢查》進(jìn)行升版，維修規(guī)程升版原因?yàn)椤靶薷膹埩?biāo)準(zhǔn)，添加皮帶對中數(shù)據(jù)”。將2號風(fēng)機(jī)皮帶張緊力的上下限由“60N-90N”修改成“27N-46N”。

（2）為確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，降低設(shè)備檢修的維護(hù)成本。對于現(xiàn)場空間、傳動功率滿足改造要求的皮帶傳動風(fēng)機(jī)，在通過設(shè)計院、廠家評估后對現(xiàn)場皮帶傳動風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，改造為直聯(lián)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉輪直接通過鍵連接至電機(jī)軸。避免了皮帶故障或皮帶張緊力過大造成設(shè)備故障停運(yùn)，同時也節(jié)約了維修成本。目前，我廠3、4#機(jī)組電纜層通風(fēng)系統(tǒng)，13臺三角帶傳動風(fēng)機(jī)已改造為直連風(fēng)機(jī)，改造完成后現(xiàn)場使用效果良好。

4 總結(jié)

對三角帶傳動離心風(fēng)機(jī)電動機(jī)，應(yīng)在滿足功率傳動的前提下，依據(jù)國標(biāo)《普通和窄V帶傳動》的相關(guān)技術(shù)要求，計算不同風(fēng)機(jī)的皮帶張緊力設(shè)定范圍，同時核算電動機(jī)軸承壽命，避免因皮帶張緊力過大而導(dǎo)致電機(jī)軸承壽命在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中嚴(yán)重縮短，造成軸承故障性損壞，引發(fā)電動機(jī)定轉(zhuǎn)子掃膛事故。

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