輸煤皮帶機(jī)電機(jī)振動(dòng)故障分析及處理

華電電力科學(xué)研究院有限公司 張 帥 吳崢?lè)?龐 樂(lè) 李 鵬 湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司 張輝林

1 引言

火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)是電廠的重要輔助系統(tǒng)，具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面寬的特點(diǎn)，輸煤皮帶機(jī)作為輸煤系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行至關(guān)重要。輸煤皮帶機(jī)是一種利用摩擦驅(qū)動(dòng)以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械工具。一般是由機(jī)架、輸送帶、托輥、滾筒、松緊裝置、傳動(dòng)裝置、電機(jī)等各個(gè)部分組成。某電廠輸煤皮帶機(jī)，電機(jī)通過(guò)限矩型液力耦合聯(lián)軸器連接一臺(tái)減速機(jī)，經(jīng)過(guò)減速機(jī)減速后，驅(qū)動(dòng)輸煤皮帶輸送燃煤。電機(jī)型號(hào)YKK450-4，額定頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速1491r/min。減速機(jī)為兩級(jí)減速，型號(hào)B3SH12C，輸入轉(zhuǎn)速1500r/min，輸出轉(zhuǎn)速46.84r/min。

2 故障診斷分析

2.1 故障原因初步排查

某電廠輸煤皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)過(guò)大故障，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。對(duì)電機(jī)—減速機(jī)—皮帶系統(tǒng)的振動(dòng)情況進(jìn)行綜合測(cè)試分析診斷及處理。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試首先運(yùn)用聽(tīng)針檢查各部位軸承運(yùn)行聲音，軸承部位無(wú)異音，進(jìn)一步使用便攜式測(cè)振儀測(cè)量電機(jī)兩側(cè)及減速機(jī)部位振動(dòng)通頻值，測(cè)量位置如圖1所示，共布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置圖

在4個(gè)測(cè)點(diǎn)部位分別使用三軸向振動(dòng)傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量通頻值列表如表1所示。對(duì)測(cè)得振動(dòng)通頻值進(jìn)行分析，電機(jī)測(cè)點(diǎn)部位水平和垂直方向振動(dòng)通頻值高，且減速機(jī)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)通頻值明顯低于電機(jī)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)通頻值，說(shuō)明限矩型液力耦合聯(lián)軸器很好的減弱了電機(jī)傳遞到減速機(jī)的振動(dòng)。電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，判斷故障主要來(lái)源于電機(jī)部位。

表1 振動(dòng)通頻值列表（單位：mm/s）

根據(jù)以上分析，排除減速機(jī)振動(dòng)故障，使用測(cè)振表測(cè)量電機(jī)兩側(cè)軸承部位的振動(dòng)位移值，軸承部位垂直方向和軸向振動(dòng)位移較小，水平方向振動(dòng)位移較大，并且水平方向振動(dòng)位移存在較大波動(dòng)。測(cè)試情況如表2所示，初步判斷電機(jī)為搖擺振動(dòng)，需要進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證。

表2 電機(jī)兩側(cè)軸承部位振動(dòng)位移值列表（單位：μm）

對(duì)電機(jī)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)頻譜圖進(jìn)行分析。圖2為電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)頻譜圖，圖3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)頻譜圖，分析發(fā)現(xiàn)振動(dòng)均以電機(jī)1倍頻為主，其他頻率成分幅值較低，并且未發(fā)現(xiàn)明顯的非整數(shù)倍頻成分。非驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向1倍頻幅值達(dá)11.4mm/s，垂直方向1倍頻幅值4.89mm/s；驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向1倍頻幅值達(dá)9.19mm/s，垂直方向1倍頻幅值5.19mm/s。

圖2 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)頻譜圖

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)頻譜圖

對(duì)電機(jī)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)解調(diào)頻譜圖進(jìn)行分析可得，電機(jī)兩側(cè)測(cè)點(diǎn)部位各頻率成分幅值均較低，如圖4及圖5所示。對(duì)電機(jī)測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)解調(diào)波形圖進(jìn)行分析可得，電機(jī)兩側(cè)測(cè)點(diǎn)部位沖擊值均較低，且無(wú)明顯沖擊尖峰出現(xiàn)，如圖6及圖7所示。綜合以上判斷電機(jī)兩側(cè)軸承無(wú)明顯故障，運(yùn)行狀況良好。

圖4 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)解調(diào)頻譜圖

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)解調(diào)頻譜圖

圖6 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)解調(diào)波形圖

圖7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)解調(diào)波形圖

對(duì)電機(jī)兩側(cè)測(cè)點(diǎn)部位的時(shí)域波形圖進(jìn)行分析，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)時(shí)域波形圖中水平方向波形為明顯的正弦波形，波形周期為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)周期，波形振幅低，如圖8所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)時(shí)域波形圖波形無(wú)明顯周期性，波形振幅低，如圖9所示。綜合判斷僅在電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)存在輕微不平衡，初步判斷為風(fēng)扇部位的殘余不平衡量，并且不平衡不是電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的主要原因[1]。

圖8 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)時(shí)域波形圖

圖9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)時(shí)域波形圖

綜合以上分析判斷，電機(jī)本身無(wú)明顯故障。

2.2 故障原因鎖定驗(yàn)證

使用測(cè)振表沿電機(jī)一面自上而下，測(cè)量電機(jī)各部位水平方向振動(dòng)位移，分為7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，其中4點(diǎn)和5點(diǎn)分別為電機(jī)和臺(tái)板結(jié)合面上、下，其余各點(diǎn)間隔約20cm，2點(diǎn)高度與軸承平齊，測(cè)量位置分布如圖10所示。

圖10 電機(jī)自上而下振動(dòng)位移測(cè)量點(diǎn)示意圖

分別在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)側(cè)和非驅(qū)動(dòng)側(cè)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下表3所示。

表3 電機(jī)兩側(cè)水平方向振動(dòng)位移值列表（單位：μm）

鑒于非驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)位移普遍高于驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)位移，沿電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)臺(tái)板部位，測(cè)量各點(diǎn)垂直方向振動(dòng)位移，測(cè)量位置如圖11所示，其中3點(diǎn)位于軸承正下方。測(cè)量結(jié)果如下表4所示。分析測(cè)量結(jié)果，5點(diǎn)位置振動(dòng)位移明顯高于1點(diǎn)位置振動(dòng)位移，2點(diǎn)位置振動(dòng)位移最低，為4μm。

圖11 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)臺(tái)板振動(dòng)位移測(cè)量點(diǎn)示意圖

表4 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)垂直方向振動(dòng)位移值列表（單位：μm）

分析表3數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)水平方向振動(dòng)位移由下向上增大明顯，并有大幅度波動(dòng)，4點(diǎn)和5點(diǎn)振動(dòng)位移相差不大，可以排除結(jié)合面松動(dòng)的可能[2]。分析表4數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)東西兩側(cè)垂直方向振動(dòng)位移存在明顯差異，且東側(cè)5點(diǎn)垂直振動(dòng)明顯大于西側(cè)1點(diǎn)垂直振動(dòng)，可以判斷電機(jī)基礎(chǔ)剛度不足，并且東西兩側(cè)剛度差異較大[3]。

綜上，輸煤皮帶機(jī)電機(jī)振動(dòng)故障主要原因?yàn)殡姍C(jī)基礎(chǔ)剛度差。對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，電機(jī)基礎(chǔ)為倒梯形鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)本身即存在剛度不足的缺陷，對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行檢查，東側(cè)基礎(chǔ)下部有明顯銹蝕，且東側(cè)為空間狹小的陰暗面，遺留有掉落的煤粉和地面清潔遺留的水跡。判斷在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受腐蝕導(dǎo)致剛度下降，并且由于運(yùn)行環(huán)境的差異，東側(cè)基礎(chǔ)剛度下降高于西側(cè)，導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，具體表現(xiàn)為東側(cè)垂直振動(dòng)大于西側(cè)垂直振動(dòng)，振動(dòng)自下而上增大明顯。

3 改善方案及效果

根據(jù)診斷結(jié)果，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固。清理并打磨鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鐵銹，進(jìn)行防腐處理，并在電機(jī)地腳部位制作模具后進(jìn)行澆筑，增加基礎(chǔ)剛度。同時(shí)，澆筑基礎(chǔ)可以避免在之后的運(yùn)行過(guò)程中，殘留的清潔用水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，起到保護(hù)作用。電機(jī)振動(dòng)在基礎(chǔ)加固后明顯下降，達(dá)到正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

4 診斷流程總結(jié)及建議

針對(duì)輸煤皮帶機(jī)電機(jī)振動(dòng)故障，通過(guò)聽(tīng)針判斷、振動(dòng)位移測(cè)量及振動(dòng)圖譜分析，排除軸承故障、對(duì)中不良、設(shè)備不平衡等其他方面的故障，將振動(dòng)故障原因初步鎖定基礎(chǔ)剛度不足，再通過(guò)測(cè)量電機(jī)本體及基礎(chǔ)振動(dòng)位移，運(yùn)用比對(duì)的方法，驗(yàn)證了電機(jī)基礎(chǔ)存在剛度不足的猜想，得到電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的主要原因，并提出了處理建議。

在電機(jī)或其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備的安裝過(guò)程中，應(yīng)盡量避免采用倒梯形等導(dǎo)致基礎(chǔ)部位懸空的結(jié)構(gòu)，保證基礎(chǔ)下部有足夠的支撐強(qiáng)度。使用鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理，避免長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境中而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因腐蝕剛度下降，并制定周期性檢查計(jì)劃確保防腐層能夠較好的保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不受腐蝕影響。