沿江泵站電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子軸向偏差的處理分析

陳 洋 王正飛 朱海清

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司上海分公司,上海 200439;2.常熟市水利工程建設(shè)管理處,江蘇 常熟 215500)

立式X流道雙向泵站[1],配套立式電動(dòng)機(jī),直連傳動(dòng),水泵單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)行,由流道進(jìn)出口閘門(mén)的啟閉切換實(shí)現(xiàn)雙向工況運(yùn)行。

對(duì)中小型電機(jī)的安裝,分兩種情況:一是電機(jī)在生產(chǎn)廠家整體組裝后運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)[2],電機(jī)整體安裝完成,電機(jī)軸和水泵軸聯(lián)軸器連接為整體,再進(jìn)行盤(pán)車(chē);另一種是定、轉(zhuǎn)子分別運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),定子定位后,垂直抽穿安裝轉(zhuǎn)子[3],電機(jī)軸和水泵軸法蘭連接為整體。立式同步電機(jī)通常采用第二種方式安裝。

目前對(duì)于電機(jī)方面的研究多集中在泵站建成后出現(xiàn)的電氣設(shè)備故障上[4-6]。仇寶云等[7]提出過(guò)一種安裝過(guò)程中在定子內(nèi)直接測(cè)量調(diào)整轉(zhuǎn)子不圓度的方法。總體上對(duì)電機(jī)安裝方面的研究較少。本文針對(duì)某泵站安裝中電機(jī)定、轉(zhuǎn)子中心線不等高的情況,通過(guò)檢查、測(cè)量和分析,提出了可行的整改方案及措施,成功地解決了問(wèn)題。

1 問(wèn)題的提出

1.1 工程特點(diǎn)

立式X流道雙向泵站機(jī)組三維結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。水泵的排澇、引水運(yùn)行由流道上下兩層的4扇閘門(mén)的啟閉切換實(shí)現(xiàn)。泵站單泵流量10m3/s,泵組轉(zhuǎn)速187.5r/min,配套立式同步電動(dòng)機(jī),32極,功率560kW,半管道通風(fēng)冷卻。電機(jī)頂部配有葉片全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),電機(jī)軸、水泵軸為空心軸。

圖1 泵站機(jī)組三維結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 電機(jī)安裝問(wèn)題

為加快安裝周期,3臺(tái)機(jī)組同時(shí)進(jìn)行安裝。3套上機(jī)架已吊入機(jī)坑(見(jiàn)圖2),由于3臺(tái)機(jī)組基礎(chǔ)土建施工存在毫米級(jí)的偏差,1號(hào)電機(jī)和2號(hào)電機(jī)的推力頭已套裝,安裝3號(hào)電機(jī)時(shí)推力頭套裝困難,才發(fā)現(xiàn)3臺(tái)電機(jī)均存在轉(zhuǎn)子下軸身段高出約10mm的問(wèn)題(見(jiàn)圖3),導(dǎo)致上下油缸擋油板上端部接近推力頭內(nèi)部頂端,甚至出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象,安裝過(guò)程中在磁場(chǎng)中心滿足安裝規(guī)范的條件下無(wú)法進(jìn)行盤(pán)車(chē)[8]。經(jīng)安裝單位和電機(jī)廠復(fù)測(cè),確定為制造加工設(shè)計(jì)圖紙誤差,而在電機(jī)制造過(guò)程中,定子鐵芯壓裝定位不完全相同,為此3臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)子下軸身段最大高出約10mm。

圖2 電機(jī)上下機(jī)架軸承安裝

圖3 電機(jī)轉(zhuǎn)子

2 方案分析

2.1 方案一:調(diào)整電機(jī)基礎(chǔ)滿足安裝要求

電機(jī)主軸在軸向方向相對(duì)位移約10mm,轉(zhuǎn)子中心線高出定子磁場(chǎng)中心線約10mm,由于電機(jī)主軸軸身長(zhǎng)度不變,因此將電機(jī)基礎(chǔ)也就是定子安裝高程整體下調(diào)約10mm,水泵基礎(chǔ)和水泵葉輪中心安裝高程均可不變,電機(jī)梁基礎(chǔ)已定。此方案雖可進(jìn)行機(jī)組安裝,但須開(kāi)鑿降低電機(jī)基礎(chǔ)梁上表面約10mm,實(shí)施復(fù)雜、周期長(zhǎng),泵站運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)傳遞到泵支撐體系——廠房結(jié)構(gòu),引起廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)[9]。且電機(jī)定、轉(zhuǎn)子軸向仍不同心,存在約10mm偏差。

2.2 方案二:調(diào)整水泵基礎(chǔ)滿足安裝要求

由于電機(jī)主軸軸身長(zhǎng)度不變,因此將水泵基礎(chǔ),包括擴(kuò)散管、泵段整體結(jié)構(gòu)、水泵葉輪中心安裝高程均抬高約10mm,電機(jī)基礎(chǔ)安裝高程可不變。此方案雖可進(jìn)行機(jī)組安裝,但須拆卸已安裝的水泵基礎(chǔ)后,重新安裝,實(shí)施更為復(fù)雜、周期長(zhǎng),且電機(jī)定、轉(zhuǎn)子軸向仍不同心,存在約10mm偏差。水泵淹沒(méi)深度減小與設(shè)計(jì)圖紙不符。

2.3 方案三:調(diào)整電機(jī)自身滿足安裝要求

電機(jī)、水泵基礎(chǔ)安裝均與土建圖紙相符,調(diào)整電機(jī)自身結(jié)構(gòu),以使定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心線重合,同時(shí)使各高程與設(shè)計(jì)圖紙相符。結(jié)構(gòu)上僅需處理上下油缸擋油板上端部與推力頭內(nèi)部頂端卡阻問(wèn)題,但性能上要不影響擋油的有效高度。水電工程中出現(xiàn)過(guò)一些大型電機(jī)軸承室甩油溢油問(wèn)題[10-12],應(yīng)注意避免今后運(yùn)行中出現(xiàn)甩油外溢。

2.4 利害分析

電機(jī)定、轉(zhuǎn)子錯(cuò)位潛在危害如下:

a.電機(jī)運(yùn)行時(shí)存在軸向磁拉力,可能會(huì)有定、轉(zhuǎn)子定位誤差累積效應(yīng)。

b.錯(cuò)位導(dǎo)致電機(jī)有效鐵芯長(zhǎng)度不足,通常當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵芯竄出定子鐵芯達(dá)一定長(zhǎng)度時(shí),電動(dòng)機(jī)的三相空載電流將明顯增大,帶上負(fù)載后,電動(dòng)機(jī)溫度增加。同時(shí)會(huì)發(fā)出不均勻的嗡鳴聲。

c.因定、轉(zhuǎn)子鐵芯錯(cuò)位,電機(jī)通電后定、轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)調(diào)整磁力中心線,機(jī)械力和電磁力形成作用力與反作用力,致使電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位置周期性振蕩,電機(jī)軸承支架一直受軸向力沖擊,潤(rùn)滑脂流失加快軸承干磨燒損散架,導(dǎo)致電機(jī)抱軸燒毀[13]。

d.電機(jī)振動(dòng)加劇,噪聲加大。

基于以上分析,須使定、轉(zhuǎn)子幾何磁場(chǎng)中心線調(diào)整對(duì)齊。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋,當(dāng)前本項(xiàng)目3臺(tái)電機(jī)均已就位(其中兩臺(tái)電機(jī)推力頭已套裝),為最大限度地減少返工量(電機(jī)定、轉(zhuǎn)子均不返工,定子二次灌漿基礎(chǔ)面也無(wú)需調(diào)整),且現(xiàn)場(chǎng)具備切割擋油板的條件,最終確定方案三,即調(diào)整電機(jī)自身結(jié)構(gòu),切割擋油板方案。基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,通過(guò)調(diào)整抗重螺栓,確保定、轉(zhuǎn)子磁中心重合。根據(jù)立式軸泵機(jī)組安裝規(guī)范要求,轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心要低于定子磁場(chǎng)中心。為了滿足這一要求,安裝過(guò)程中必須向下調(diào)節(jié)推力瓦高度,抗重螺栓與地板螺孔有效連接絲牙減少[14]。調(diào)整完畢后,每個(gè)抗重螺栓與承重板之間的有效螺紋配合量為31mm,該配合量足以保證抗重螺栓有效承擔(dān)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的最大軸向推力。經(jīng)專(zhuān)家論證,該項(xiàng)目電機(jī)的機(jī)架適用于磁極極數(shù)為12～40P的立式電機(jī),對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為500～150r/min,而本項(xiàng)目電機(jī)轉(zhuǎn)速為187.5r/min,與適用于12～24P極數(shù)的立式電機(jī)機(jī)架開(kāi)發(fā)時(shí)的邊界條件500r/min相比,防甩油有安全裕度空間,因此,建議可軸向減少7mm擋油板高度。

3 問(wèn)題最終處理

3.1 實(shí)施方案

具體整改方案如下:

a.拆卸已經(jīng)套裝的兩個(gè)推力頭,將3套上機(jī)架吊出機(jī)坑(定位銷(xiāo)、把合螺栓合理拆卸和保管),對(duì)上機(jī)架擋油板軸向打磨掉7mm,打磨前,對(duì)油槽進(jìn)行有效防護(hù),避免鐵屑掉入油槽,帶來(lái)二次清理的問(wèn)題;打磨過(guò)程中,應(yīng)避免擋油板變形;打磨完畢,清理干凈后,按此前定位標(biāo)記,將上機(jī)架吊入機(jī)坑復(fù)位。電機(jī)上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4(a)。

圖4 電機(jī)上下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

b.參照上機(jī)架打磨方案,對(duì)機(jī)坑內(nèi)的下機(jī)架擋油板軸向進(jìn)行打磨,打磨量同樣為7mm。電機(jī)下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4(b)。

c.打磨減小了擋油板高度,利用擋油板與推力頭的空間余量,可提升轉(zhuǎn)子磁極中心掛裝高程,使定、轉(zhuǎn)子幾何中心線完全重合,滿足轉(zhuǎn)子磁極高度允許偏差為±1.5mm,轉(zhuǎn)子磁極中心掛裝高程允許偏差為±1.0mm要求,使產(chǎn)品恢復(fù)為滿足工程設(shè)計(jì)圖紙安裝高程要求的軸伸尺寸,達(dá)到電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁中心重合的規(guī)范要求。

3.2 整改方案實(shí)施效果

整改方案成功解決了水泵電機(jī)的安裝問(wèn)題,符合電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁中心重合的規(guī)范要求。經(jīng)試運(yùn)行檢驗(yàn),未發(fā)生甩油溢油現(xiàn)象。試運(yùn)行期間電動(dòng)機(jī)電流、電壓、功率、定子線圈溫度及電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、噪聲等技術(shù)參數(shù)測(cè)試均滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。?環(huán)境溫度33℃,電動(dòng)機(jī)定子線圈溫度最高為3號(hào)機(jī)組的59℃(報(bào)警溫度125℃) ,推力瓦溫度最高為2號(hào)、3號(hào)機(jī)組的33℃(報(bào)警溫度55℃),上導(dǎo)軸承溫度最高為2號(hào)機(jī)組的40℃(報(bào)警溫度75℃),下導(dǎo)軸承溫度最高為2號(hào)機(jī)組的42℃(報(bào)警溫度75℃);?3臺(tái)機(jī)組水平振動(dòng)最大為 0.005mm,垂直振動(dòng)0.017mm(規(guī)范限值0.03mm),振動(dòng)較小;?電機(jī)噪聲在79.2dB以下,水泵層噪聲在89.4dB以下(電機(jī)風(fēng)道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí))。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了某立式X流道雙向泵站配套電機(jī)安裝過(guò)程中推力頭卡阻問(wèn)題的處理方法、過(guò)程和結(jié)果,對(duì)類(lèi)似工程機(jī)組安裝及同步電機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)均有借鑒和指導(dǎo)意義。大中型立式同步電機(jī)上下軸承更適合采用滑動(dòng)軸承,定、轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程是對(duì)設(shè)備的再一次尺寸核驗(yàn);電機(jī)雖然出廠測(cè)試性能達(dá)標(biāo),但在電機(jī)制造過(guò)程中,定子鐵芯壓裝定位或轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)軸定位臺(tái)階尺寸錯(cuò)誤、誤差疊加,均會(huì)導(dǎo)致整機(jī)裝配后定子與轉(zhuǎn)子錯(cuò)位,制造廠需注意并滿足定子與轉(zhuǎn)子、推力頭、擋油板等關(guān)鍵部件尺寸配合準(zhǔn)確;在結(jié)構(gòu)允許的情況下,擋油板高應(yīng)設(shè)置得盡可能地高,有效避免甩油溢油現(xiàn)象。