循环水泵电动机振动及噪音异常的原因分析及处理

2013-10-17梁峻伟

河南科技 2013年17期

梁峻伟

（阳城国际发电有限责任公司，山西晋城 048102）

1 引言

循环水泵电机是火力发电厂冷却水系统的重要电气设备，对火力发电厂安全稳定运行起着重要作用。某电厂6*350MW机组各配2台循环水泵，循环水泵除供水给凝汽器和辅助冷却水系统外，还向循环水用户母管供水。循环水采用单元结构方式，即每台机组2台循环水泵担负着该机组全部的冷却水供给，特别在夏季时停一台循环水泵则使机组减负荷运行。该电厂与循环水泵匹配的电动机均采用湘潭电机厂生产的强迫水冷却方式的鼠笼式电动机，该电动机型号为YKSL2000-14/1730-1、接线为2Y、定子线圈绝缘采用F级、额定功率为2000kW、额定电压为 6kV、额定电流为 250.2/249.2A、转速为424RPM、功率因数为0.82。在负荷日益增长的今天，循环水泵电动机的安全稳定运行对火力发电厂安全生产意义重大。

由于某电厂41循环泵电动机在运行中振动呈上升趋势且电磁噪音逐渐增大，为了彻底解决此现象，设备部点检员在2012年12月13日对该电动机进行解体检修。检查发现该电动机转子驱动端笼条与端环有一处明显开焊情况（见图1）；转子多处笼条与硅钢片槽型存在明显松动的现象（图2）；电动机定子端部绕组绑扎及定子槽楔存在松动情况。

2 原因分析[1]

2.1 笼条之间产生的较大温差是焊接质量不稳定所造成的，由于焊接质量不一致，引起笼条热膨胀有差异，另外笼条在启动过程中的挤流效应，笼条中强大电流都集中在槽口使笼条上下之间有很大的电流密度差（笼条发热与电流的平方和时间成正比）。由于笼条上下的不均匀温升会使笼条产生向转子中心弯曲的应力。由于笼条铁芯冲孔工艺差异使笼条在嵌装的松紧程度不一样，当笼条在槽内存在径向间隙时，则笼条上的径向振动力会传递给端环，由于各笼条中电流的相位不同，传递给端环的振动力会使端环产生扭曲，受力最大的部位是笼条的焊接处，而此处正是鼠笼结构的最弱点。由于热传导性能差异会使各笼条间产生不均匀的温升，因而各笼条之间将产生不同的轴向位移而使笼条产生轴向的拉应力。且使笼条产生电磁振动应力，特别是在电动机刚启动的瞬间，振动幅值到最大值，是正常运行时的50-60倍。由于各种应力作用点大都集中在笼条与端环的焊口附近，且每启动一次便交变一次，这样各应力的破坏作用随启动次数的增加和温升积累而增加。从而加剧了笼条与端环焊接处开焊情况，进而使该电动机振动及电磁噪音增大。

2.2 同时该电动机是双鼠笼深槽电动机，因而转子线圈集肤效应显著，这是由于转子槽形深而窄，当转子导体中由于定子绕组通电产生感应磁场，感应电流使得槽中漏磁通分布不均匀，促使槽底部分的漏磁通少、较近槽口部分漏磁通多。因槽中的电流分布与导体各部分的阻抗成反比，越接近槽口由于漏抗越少通过的电流越大，故电流热效应使得上层笼条发热，尤其是笼条与端环处发热更严重；使笼条与端环焊接处由于变软造成开焊现象，进而使该电动机振动及电磁噪音增大。

2.3 笼条与端环是点对面的环焊接方式机械强度不够，又加上受到电磁力及发热缘故，加速了笼条与端环焊接处开焊现象，进而使该电动机振动及电磁噪音增大。

2.4 由于笼条两端直角（图1）剪切应力大，加大笼条与端环振动，进而加速了笼条与端环焊接处开焊现象，进而使该电动机振动及电磁噪音增大。

2.5 电动机定子端部绕组绑扎固定及槽楔松动情况，由于交变电磁力的作用，随着时间的推移，使该电动机振动及电磁噪音逐渐增大。

综合上述的原因分析，该台循环水泵电动机振动及电磁噪音增大的原因主要是由于转子笼条开焊和定子端部绕组及定子槽楔松动造成的。

3 处理[2]

为了彻底解决41循环泵电动机在运行中振动呈上升趋势且电磁噪音逐渐加大问题，经电厂技术人员分析认为，应着重处理转子笼条开焊、硅钢片松动、定子端部绕组松动及定子槽楔松动问题。具体处理情况如下：

3.1 电动机转子部分

从图1、图2及现场实际看笼条与端环在焊接部位开裂脱焊及转子多处笼条与硅钢片槽型存在明显松动的现象，且硅钢片有明显打火拉弧痕迹情况，随着电机的运行该情况会越来越严重。如果采取现场进行局部焊接修复，只能对明显的有损坏的地方进行补焊，不可能对所有硅钢片及端环部位进行焊接。原笼条与端环是点对面的环焊接方式机械强度不够，又加上笼条与端环受到电磁力及发热缘故；如该电动机继续运行，存在笼条断裂甩出将对定子线棒造成严重损坏的安全隐患。综合上述分析，技术人员认为转子笼条应全部更换，且笼条与端环的焊接采用镶嵌式结构。其处理工艺如下：

（1）转子解体前测量并记录转子铁心长度、笼条伸出铁心长度和端环的尺寸；在车床上割开笼条，再拆除笼条和端环，测量并记录各部尺寸。

（2）清理铁芯后，测量转子槽形尺寸；转子铁芯损坏的硅钢片采用氩焊修复。

（3）按槽形尺寸重新设计并加工铜排保证新笼条在槽内涨紧不松动，材料采用TMY电工用硬质紫铜排，对加工铜排的两端需在长度上放有一定的裕量尺寸，对笼条两端直角改为R倒角，减少剪切应力影响；电动机原转子笼条与端环结构见图3、改后见图 4。

（4）转子端环经车削加工后，再按笼条尺寸重新铣槽；将转子笼条镶进槽内，逐根敲入并胀紧，按记录尺寸，锯掉笼条长度方向的多裕部份并修光，将端环用镶嵌的方法，使笼条在端环内固定好（图4）。

作改进的原因是考虑到为了避免转子笼条与端环接触面少而发热。该厂将端环增加了厚度并改变端环的断面尺寸，这样既增加了端环与笼条的接触面积又使笼条在高速运转时产生的离心力因增加了端环断面上边缘长度和厚度受到大一点的限制力；同时在钻端环孔时将孔径稍微扩大一点，这样在焊接时能填满整个孔隙，增加了笼条与端环的接触面、降低了接触电阻。

（5）焊接工艺是这次检修该电动机转子的关键，采用银焊为了防止端环变形，采用先点焊端环与笼条外侧，后端环与笼条内侧的焊接工艺，校正笼条与端环的垂直度，然后清除焊渣，最后逐根全面堆焊成半球形，笼条与端环内侧也加固焊接牢固可靠。在焊接时为了防止局部过热时端环变形以减少残余应力，采用交叉换位技术，焊完一根后再在反方向焊接另一根。全部焊接完成后，在端环冷却到150～200℃时，用10%～15%拧檬水溶剂刷洗，再用热水冲净，并用压缩空气吹干。

（6）转子经干燥后，浸F级6895环氧无溶剂漆，经滴干清揩，再进行烘焙固化；转子上车床校正中心后，修整端环外圆；转子校动平衡。

（7）转子的导磁、导电部份喷8037抗弧覆盖漆，其他非配合面刷防锈漆。并对其进行交、直流耐压试验达到合格水平。

3.2 电动机定子部分

（1）用压缩空气吹净机座，定子铁芯内、外表面，通风槽等处灰尘，再将定子送入高压蒸汽清洗机进行清洗，再根据油污严重程度，可自动加入S-25绝缘清诜剂进行清洗。

（2）彻底检查定子绕组端部和引线绑扎，对松动部位，应予重新绑扎固定。槽楔有断裂、松动等现象，应敲出槽楔，用绝缘垫条垫紧，打入新槽楔。

（3）对定子铁芯扫膛部位打磨处理并进行铁芯损耗及温升试验。

表1 电动机定子绕组绝缘及直流耐压试验数据

（4）将定子送入烘房，烘房温度 140±5℃，时间为 5～8 小时；待对地绝缘稳定后推出烘房；待定子自然冷却到60～80℃时，浸F级6895环氧无溶剂绝缘漆。浸透后滴干，清揩铁心处余漆。再送入烘房，逐步提高烘房温度，最后升到140±5℃，烘焙12～16小时以后用兆欧表测定绝缘电阻稳定。

（5）待冷到室温后，测量三相定子绕组的直流电阻值，并用2500V兆欧表测定绝缘电阻值和吸收比，并进行直流耐压预防性试验，试验数据见表1。

（6）直流耐压预防性试验合格后，定子铁心和绕组喷8037抗弧覆盖漆，定子机壳内壁涂刷防锈漆。

4 组装和试运[3]

经上述处理后，对该电动机进行组装时对准磁中心后垫好转子；上机架就位后，安好推力瓦块，将推力头和镜板压入轴上，用环键锁定并保险好，装上导轴瓦，检查瓦面的配合，必要时应修刮。装好油箱盖板，进行间隙测量合格，拧紧螺钉；安装电动机驱动端轴承，添加二硫化钼锂脂，并装配下机架及轴承盖等。该电动机各部件组装完成后，对电动机进行空载试运，其振动为0.035mm,磁噪音正常。