凸極式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條斷裂故障分析及更換修復(fù)方案

廖勇 李洪祥

摘?要： 本文對(duì)凸極式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條松動(dòng)、斷裂的原因進(jìn)行了分析研究。通過(guò)對(duì)該電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，結(jié)合使用單位的修復(fù)要求，制訂了周密的修復(fù)方案，最終對(duì)該電機(jī)實(shí)施了成功修復(fù)。

關(guān)鍵詞： 阻尼條;斷裂;修復(fù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG333.21?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）03-0117-02

1?前言

某鋼鐵廠粗軋電機(jī)采用某電機(jī)廠變頻調(diào)速凸極式同步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)自2008年上線運(yùn)行以來(lái)，一直未進(jìn)行過(guò)在線維護(hù)或者離線保養(yǎng)。2010年4月，點(diǎn)巡檢人員發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條有在磁槽內(nèi)松動(dòng)的跡象。為了不影響生產(chǎn)，該廠對(duì)松動(dòng)的阻尼條進(jìn)行了灌膠填充處理。運(yùn)行了一段時(shí)間之后，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)的阻尼條數(shù)量增加，且存在阻尼條斷裂打火的現(xiàn)象。為此，我單位組織各方專(zhuān)家及技術(shù)人員對(duì)該電機(jī)進(jìn)行分析、診斷，針對(duì)該電機(jī)故障及缺陷，通過(guò)充分的研究、商討，制訂了詳細(xì)周密的修復(fù)方案，于某鋼鐵廠年修期間對(duì)該電機(jī)進(jìn)行了成功修復(fù)。

2?電機(jī)阻尼繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

阻尼繞組由嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯中的阻尼條及轉(zhuǎn)子兩端的短路環(huán)構(gòu)成。在短路環(huán)的內(nèi)側(cè)，有一個(gè)鐵環(huán)，起到固定短路環(huán)及阻尼條的作用。在鐵環(huán)內(nèi)側(cè)是一個(gè)壓板。

3?故障情況及原因分析

3.1?故障情況

粗軋電機(jī)為凸極式同步電機(jī)。轉(zhuǎn)子共有磁極16個(gè)，每個(gè)磁極鐵芯上有8根阻尼條，圓周共計(jì)128根阻尼條。電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)解體抽芯之后，技術(shù)人員用肉眼觀察和用手錘敲擊阻尼條聽(tīng)聲音辨別的方法對(duì)阻尼條進(jìn)行細(xì)致檢查，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，幾乎每個(gè)磁極靠近上下兩側(cè)的各2-3根阻尼條在鐵芯磁槽中有明顯松動(dòng)的現(xiàn)象，阻尼條因來(lái)回振蕩有明顯變細(xì)且翻有棱角的現(xiàn)象，部分阻尼條有過(guò)熱熔化的情況。如圖1、2。

將轉(zhuǎn)子磁極按順序依次編號(hào)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)粗軋電機(jī)共有37根阻尼條存在較為嚴(yán)重的磨損或者斷裂情況。

3.2?故障原因分析

一般情況下，轉(zhuǎn)子阻尼條在使用過(guò)程中，出現(xiàn)斷裂的原因主要有如下幾種：

3.2.1?阻尼條在啟動(dòng)過(guò)程中的擠流效應(yīng)，使得阻尼條上下溫升不均勻，阻尼條產(chǎn)生向中心彎曲的應(yīng)力（即熱彎曲撓度力）。

3.2.2?短路環(huán)中強(qiáng)大的啟動(dòng)電流使之發(fā)熱產(chǎn)生徑向位移，造成阻尼條產(chǎn)生背離轉(zhuǎn)子中心的彎曲力。

3.2.3?轉(zhuǎn)子的運(yùn)行過(guò)程中，阻尼條受電磁力、離心力的交替作用，產(chǎn)生受迫振動(dòng)。

3.2.4?運(yùn)行年限較長(zhǎng)的電機(jī)阻尼條容易產(chǎn)生金屬材料疲勞現(xiàn)象，造成阻尼條斷裂，啟動(dòng)頻繁的電機(jī)阻尼條，更容易出現(xiàn)這種原因的損壞。

3.2.5?阻尼條與短路環(huán)的焊接工藝不規(guī)范，焊接強(qiáng)度不夠。

綜上所述，電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條斷裂的原因均是轉(zhuǎn)子受各種應(yīng)力作用的結(jié)果，而且應(yīng)力超過(guò)了阻尼條所能承受的極限。在此種情況下，轉(zhuǎn)子阻尼條出現(xiàn)了斷裂的現(xiàn)象。

該粗軋電機(jī)在軋鋼過(guò)程中，電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)與沖擊載荷的交替工作狀態(tài)下，且不斷換向，因此阻尼繞組中的電流也處于交替變化狀態(tài)，阻尼條所承受的電磁力矩也不斷變化。在反復(fù)循環(huán)的沖擊作用下，阻尼條出現(xiàn)金屬材料疲勞現(xiàn)象，在磁槽中來(lái)回振蕩，造成了磨損嚴(yán)重甚至斷裂的現(xiàn)象。

4?電機(jī)修復(fù)方案確定

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員細(xì)致檢查，粗軋電機(jī)阻尼條斷裂、松動(dòng)故障總體狀態(tài)可歸結(jié)為以下三種情況：

1）阻尼條在與短路環(huán)焊接處斷裂;

2）阻尼條在轉(zhuǎn)子鐵芯中間處斷裂;

3）阻尼條未斷裂，但阻尼條在轉(zhuǎn)子鐵芯磁槽中磨損嚴(yán)重，阻尼條變細(xì)且呈鴨梨形。

根據(jù)粗軋電機(jī)故障現(xiàn)象及特征，在對(duì)轉(zhuǎn)子具體情況進(jìn)行了分析之后，基本確立了3種修復(fù)方案，分別是：

1）對(duì)全部的阻尼條進(jìn)行更換;

2）對(duì)斷裂的阻尼條進(jìn)行更換，未斷裂但磨損嚴(yán)重的的阻尼條進(jìn)行加固處理;

3）對(duì)斷裂及磨損嚴(yán)重的阻尼條進(jìn)行更換，其他阻尼條進(jìn)行加固處理。

經(jīng)過(guò)對(duì)3種方案的認(rèn)真研究和對(duì)比分析，結(jié)合了某鋼鐵廠的生產(chǎn)進(jìn)度安排情況，認(rèn)為方案1施工任務(wù)量大，施工工期長(zhǎng)，成本很高。方案2施工簡(jiǎn)單，但可靠性不強(qiáng)，難以保證修復(fù)之后的運(yùn)行周期。因此，經(jīng)過(guò)對(duì)施工工期、質(zhì)量及成本等各方面因素綜合考慮之后，最終確定了按方案3進(jìn)行修復(fù)施工。

5?電機(jī)修復(fù)施工工藝

確定了修復(fù)方案之后，接下來(lái)的工作就是進(jìn)行修復(fù)工藝的制定及實(shí)施了。工藝流程：

（1）由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行徹底檢查，對(duì)需要進(jìn)行更換的阻尼條進(jìn)行標(biāo)記編號(hào)。

（2）施工人員對(duì)標(biāo)記的阻尼條進(jìn)行確認(rèn)，然后用手持砂輪機(jī)對(duì)該阻尼條與短路環(huán)焊接處的側(cè)面進(jìn)行打磨，以便阻尼條與短路環(huán)的焊接位置能夠清晰的顯示出來(lái)。再用樣沖在阻尼條的中心位置打一個(gè)樣沖眼。如圖3所示。

（3）將萬(wàn)向搖臂鉆對(duì)準(zhǔn)該阻尼條，盡量做到鉆頭軸心線與阻尼條的軸心線重合。與短路環(huán)的焊接處，先用較小的鉆頭在阻尼條的中心位置鉆一個(gè)小孔，然后再用將阻尼條與短路環(huán)的焊接處鉆穿，直至阻尼條與短路環(huán)完全脫離。

（4）阻尼條兩端均鉆穿之后，在短路環(huán)的一端鉆孔處，用沖具將斷裂阻尼條從轉(zhuǎn)子的磁槽中沖出。

（5）阻尼條沖出來(lái)之后，對(duì)轉(zhuǎn)子磁槽進(jìn)行處理，清除槽內(nèi)的銅瘤等雜物。

（6）對(duì)新阻尼條進(jìn)行兩端倒角處理，以便阻尼條能順利穿進(jìn)轉(zhuǎn)子。

（7）在短路環(huán)的鉆孔處，將新的阻尼條穿進(jìn)轉(zhuǎn)子的磁槽中。

（8）對(duì)阻尼條兩端進(jìn)行修整處理，將過(guò)長(zhǎng)部分打磨處理掉。

（9）在短路環(huán)的圓周方向，在阻尼條已更換的磁槽，對(duì)準(zhǔn)磁槽中的阻尼條，鉆直徑為8mm的焊接用圓孔，以便焊接時(shí)對(duì)阻尼條進(jìn)行加溫及焊接。如圖4所示。

（10）用石棉被將需要焊接處周?chē)木€圈及相關(guān)連線進(jìn)行隔熱保護(hù)。

（11）用氣焊對(duì)阻尼條兩端與短路環(huán)的銜接處進(jìn)行焊接。

（12）焊接完成之后，將阻尼條分成六段進(jìn)行標(biāo)記。在標(biāo)

記處，用氣錘錘頭插入磁槽中，對(duì)準(zhǔn)阻尼條進(jìn)行錘擊處理。

時(shí)間大概控制在3S左右。

（13）在錘擊處，用圓球形錘頭對(duì)阻尼條兩側(cè)的鐵芯進(jìn)行錘擊處理，使其產(chǎn)生變形，對(duì)阻尼條形成包覆狀。

（14）全部修復(fù)完成之后，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行噴漆處理。

（15）對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行烘干處理。

6?電機(jī)修復(fù)效果

電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條修復(fù)完成之后，進(jìn)行穿芯組裝。全部附件組裝齊全之后，一次試車(chē)成功。電機(jī)振動(dòng)值、溫升等各項(xiàng)指標(biāo)均在合理范圍之內(nèi)。電機(jī)自修復(fù)完工之后，上線運(yùn)行工作至今，未再出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

7?小結(jié)

本文針對(duì)某鋼鐵廠粗軋電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條磨損及斷裂故障產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了較為深入的分析介紹，概括總結(jié)了阻尼條更換修復(fù)方案及注意事項(xiàng)。對(duì)于該類(lèi)同步電機(jī)阻尼條修復(fù)提供了一定的借鑒作用。

文中提出并實(shí)施的阻尼條故障處理方案，為今后修復(fù)類(lèi)似電機(jī)故障積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行實(shí)踐證明，此方案具有修復(fù)成本較低、工作量較少、工期較短、針對(duì)性較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，且簡(jiǎn)單可靠，值得相關(guān)工程借鑒推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]?《電機(jī)故障診斷修理手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社.主編.趙家禮.

[2]?調(diào)速同步電機(jī)阻尼條斷裂故障分析處理.《冶金電氣》雜志.夏康萌.蔡國(guó)成.