1、300MW 机组锅炉给水泵电机振动故障原因分析罗剑斌 袁立平 张少峰 刘占辉【摘 要】针对某台 300MW 锅炉给水泵电动机振动故障，进行现场测量试验、数据分析与故障诊断，通过检查得以证实设备故障振动原因，对电动机鼠笼断条影响设备振动的故障机理进行简要分析。【关键词】振动 热变形 电动机 鼠笼条1 前言 某发电公司一台 300MW 机组的锅炉给水泵，系沈阳水泵厂生产的CHTC 516S-2 型泵，流量：573m3/h，扬程：2260m，额定最高转速：5600r/min，配哈尔滨电机厂生产的 YKS710-4 型异步电动机，额定功率：5500KW，额定电压：6000V，额定电流：631A，额定转
2、速：1491r/min，设备允许振动小于 80mm。该给水泵组由给水泵、耦合器、电动机、前置泵联成轴系，具有转速与流量可调功能，其结构简图如下：图 1:某发电公司#1 机 300MW 给水泵电动机轴系简图该电动机自 2007 年 11 月 2 日运行中轴承振动突然增大后，虽经多次从机械方面：检查对轮连接中心、轴瓦、端盖支承刚度进行调整处理，电动机振动仍然超标。2 设备振动特点2.1 试验工况2.1.1 给水泵电动机单转试验：电动机电流：180A，电动机为定速1498 r/min。2.1.2 给水泵变转速（负荷）试验工况见表 1。表 1. 给水泵变转速试验工况2.2 设备振动概况2.2.1 单转
3、电动机最大振动 15m，测量振动数据见表 2。2.2.2 振动最大的测点在电动机两端轴承,相邻的设备耦合器和前置泵轴承振动均在 30m 以下；2.2.3 电动机基础振动始终很小（10m 左右） 。表 2.某台 300MW 机组#1C 给水泵电动机振动试验数据 单位：m 注：振动幅值单位：微米，振动相位单位：度2.2.4 在给水泵转速升到 5050r/min 工况时，电动机振动显著增大，电动机内部出现周期性异音，异音周期与振动波动周期同步。2.2.5 现场记录表明，随着运行时间增长，电动机启动电流逐渐增大，见表 3。表 3 电动机 4 次启动电流参数测量统计2.3 振动频谱分析和相位特征2.3.
4、1 电动机两端轴承振动以基频为主，水平方向振动存在一定量的 2X 分量。以泵转速 5050r/min 工况下耦合器端轴承振动为例：110125m ，1X：4470m ，2X：30m，垂直方向振动几乎没有倍频振动分量。2.3.2 轴承振动幅值和相位不稳定,有较大波动量。特别是基频振幅，最大波动幅值 4790m；最大相位波动量 44153。2.3.3 随着给水泵转速增加电动机耦合器端轴承振动相位变化很大,垂直振动由 52m/214变至 92m/50；水平振动从 23m /140变至88m/0。2.3.4 给水泵转速升、降转速至 4500r/min 工况下，振动存在较大差别，以前置泵端轴承振动为例：
5、升速时 4255m/23，降速时5567m/84。3 振动原因分析3.1 查现场记录发现在电动机振动增大时，相邻的设备耦合器和前置泵振动始终很小，可以确定为电动机自身的设备缺陷；3.2 电动机基础振动不大，而且基本稳定，可以排除电动机支承因素影响振动；3.3 电动机定子本体振幅小于轴承振幅，定子最大振幅不超过30m，振动成分以基频为主，可以排除电动机定子因素；3.4 鉴于电动机转速为定速，电动机单转时振动小于 20m，可排除电动机转子不平衡因素；3.5 唯独不能排除电动机转子电气方面的故障。在给水泵升、降转速 4500r/min 工况下，振动存在较大差别，表明电动机转子随着工作电流与功率参数，
6、存在逐渐恶化现象。4 电动机检查根据以上分析，决定对电动机解体检查，转子抽出后发现转子耦合器端存在局部过热现象（图 2） ，耦合器端绑扎端部笼条玻璃丝布有鼓包现象，打开玻璃丝布再进一步检查。发现耦合器端 47 根笼条中就有 32根断裂或脱焊（图 3） ，前置泵端也有 20 多根断裂。图 2 转子出现局部过热现象 图 3 笼条断裂或脱焊5 电动机转子鼠笼断条故障振动机理一般三相异步电动机启动电流是额定空载电流的 510 倍，考虑到该三相异步电动机为鼠笼结构设计。其额定工作电流 631A，电动机单转工作电流 180A，泵组启动电流由 908.8A 升至 2316A。当电动机转子笼条反复承受启动电流
7、瞬间过载力矩冲击，极容易疲劳断裂。一旦出现某根断条现象，将导致转子出现电流短路环，一是电磁力的不对称，二是断裂处发热转子产生热变形。加剧故障恶化与衍深。由于电动机转子的热变形引起的挠度变化可近似由下式计算式中：L转子本体长度，mm;金属的线胀系数，约为转子截面的温差, 轴的挠曲半径, mmd 转子本体部分的直径，mm。用上面公式计算转子表面温度差 1，该电动机转子将产生热挠曲约0.01 mm，如果依据温差大于 3，计算不平衡离心力约为转子重量的10，转子重量按 1000kg 计算，就产生 100kg 不平衡离心力。根据上面公式，断条后在断裂处发热引起温差,就会产生转子热弯曲与热不平衡，影响设备振动。6 结束语 该给水泵电机振动原因是转子笼条断裂引起。当转子存在断条故障缺陷时，一是电动机振动逐渐恶化；二是电动机起动电流增大；三是随泵组转速或电动机功率增加而明显加剧振动超标现象，严重时发生异音故障。7 参考资料：1.顾晃，汽轮发电机组振动与平衡 中国电力出版社 1998 2.施维新，汽轮发电机组振动与事故 中国电力出版社 1991 3.卢明辉，一台 1000kW 异步电动机过热与振动的故障分析与处理 大电机技术 2002.6
