输煤皮带机电机振动故障分析及处理

华电电力科学研究院有限公司 张 帅 吴峥峰 庞 乐 李 鹏 湖南华电长沙发电有限公司 张辉林

1 引言

火力发电厂输煤系统是电厂的重要辅助系统，具有点多、线长、面宽的特点，输煤皮带机作为输煤系统的重要组成部分，对机组的安全运行至关重要。输煤皮带机是一种利用摩擦驱动以连续方式运输物料的机械工具。一般是由机架、输送带、托辊、滚筒、松紧装置、传动装置、电机等各个部分组成。某电厂输煤皮带机，电机通过限矩型液力耦合联轴器连接一台减速机，经过减速机减速后，驱动输煤皮带输送燃煤。电机型号YKK450-4，额定频率50Hz，额定转速1491r/min。减速机为两级减速，型号B3SH12C，输入转速1500r/min，输出转速46.84r/min。

2 故障诊断分析

2.1 故障原因初步排查

某电厂输煤皮带机在运行过程中出现电机振动过大故障，严重影响发电机组安全运行。对电机—减速机—皮带系统的振动情况进行综合测试分析诊断及处理。

现场测试首先运用听针检查各部位轴承运行声音，轴承部位无异音，进一步使用便携式测振仪测量电机两侧及减速机部位振动通频值，测量位置如图1所示，共布置4个测点。

图1 测点布置图

在4个测点部位分别使用三轴向振动传感器进行测量，测量通频值列表如表1所示。对测得振动通频值进行分析，电机测点部位水平和垂直方向振动通频值高，且减速机测点部位振动通频值明显低于电机测点部位振动通频值，说明限矩型液力耦合联轴器很好的减弱了电机传递到减速机的振动。电机振动超标，判断故障主要来源于电机部位。

表1 振动通频值列表（单位：mm/s）

根据以上分析，排除减速机振动故障，使用测振表测量电机两侧轴承部位的振动位移值，轴承部位垂直方向和轴向振动位移较小，水平方向振动位移较大，并且水平方向振动位移存在较大波动。测试情况如表2所示，初步判断电机为摇摆振动，需要进行进一步测试验证。

表2 电机两侧轴承部位振动位移值列表（单位：μm）

对电机测点部位振动频谱图进行分析。图2为电机非驱动侧测点部位振动频谱图，图3为电机驱动侧测点部位振动频谱图，分析发现振动均以电机1倍频为主，其他频率成分幅值较低，并且未发现明显的非整数倍频成分。非驱动侧水平方向1倍频幅值达11.4mm/s，垂直方向1倍频幅值4.89mm/s；驱动侧水平方向1倍频幅值达9.19mm/s，垂直方向1倍频幅值5.19mm/s。

图2 电机非驱动侧振动频谱图

图3 电机驱动侧振动频谱图

对电机测点部位振动解调频谱图进行分析可得，电机两侧测点部位各频率成分幅值均较低，如图4及图5所示。对电机测点部位振动解调波形图进行分析可得，电机两侧测点部位冲击值均较低，且无明显冲击尖峰出现，如图6及图7所示。综合以上判断电机两侧轴承无明显故障，运行状况良好。

图4 电机非驱动侧振动解调频谱图

图5 电机驱动侧振动解调频谱图

图6 电机非驱动侧振动解调波形图

图7 电机驱动侧振动解调波形图

对电机两侧测点部位的时域波形图进行分析，电机非驱动侧时域波形图中水平方向波形为明显的正弦波形，波形周期为电机转动周期，波形振幅低，如图8所示。电机驱动侧时域波形图波形无明显周期性，波形振幅低，如图9所示。综合判断仅在电机非驱动侧存在轻微不平衡，初步判断为风扇部位的残余不平衡量，并且不平衡不是电机振动超标的主要原因[1]。

图8 电机非驱动侧时域波形图

图9 电机驱动侧时域波形图

综合以上分析判断，电机本身无明显故障。

2.2 故障原因锁定验证

使用测振表沿电机一面自上而下，测量电机各部位水平方向振动位移，分为7个测量点，其中4点和5点分别为电机和台板结合面上、下，其余各点间隔约20cm，2点高度与轴承平齐，测量位置分布如图10所示。

图10 电机自上而下振动位移测量点示意图

分别在电机的驱动侧和非驱动侧测量，测量结果如下表3所示。

表3 电机两侧水平方向振动位移值列表（单位：μm）

鉴于非驱动侧振动位移普遍高于驱动侧振动位移，沿电机非驱动侧台板部位，测量各点垂直方向振动位移，测量位置如图11所示，其中3点位于轴承正下方。测量结果如下表4所示。分析测量结果，5点位置振动位移明显高于1点位置振动位移，2点位置振动位移最低，为4μm。

图11 电机非驱动侧台板振动位移测量点示意图

表4 电机非驱动侧垂直方向振动位移值列表（单位：μm）

分析表3数据，可以发现水平方向振动位移由下向上增大明显，并有大幅度波动，4点和5点振动位移相差不大，可以排除结合面松动的可能[2]。分析表4数据，可以发现东西两侧垂直方向振动位移存在明显差异，且东侧5点垂直振动明显大于西侧1点垂直振动，可以判断电机基础刚度不足，并且东西两侧刚度差异较大[3]。

综上，输煤皮带机电机振动故障主要原因为电机基础刚度差。对电机基础结构设计进行分析，电机基础为倒梯形钢结构基础，设计本身即存在刚度不足的缺陷，对电机基础进行检查，东侧基础下部有明显锈蚀，且东侧为空间狭小的阴暗面，遗留有掉落的煤粉和地面清洁遗留的水迹。判断在设备长期运行过程中，基础结构受腐蚀导致刚度下降，并且由于运行环境的差异，东侧基础刚度下降高于西侧，导致电机振动超标，具体表现为东侧垂直振动大于西侧垂直振动，振动自下而上增大明显。

3 改善方案及效果

根据诊断结果，对基础进行加固。清理并打磨钢结构基础铁锈，进行防腐处理，并在电机地脚部位制作模具后进行浇筑，增加基础刚度。同时，浇筑基础可以避免在之后的运行过程中，残留的清洁用水对钢结构的腐蚀，起到保护作用。电机振动在基础加固后明显下降，达到正常运行的标准。

4 诊断流程总结及建议

针对输煤皮带机电机振动故障，通过听针判断、振动位移测量及振动图谱分析，排除轴承故障、对中不良、设备不平衡等其他方面的故障，将振动故障原因初步锁定基础刚度不足，再通过测量电机本体及基础振动位移，运用比对的方法，验证了电机基础存在刚度不足的猜想，得到电机振动超标的主要原因，并提出了处理建议。

在电机或其他旋转设备的安装过程中，应尽量避免采用倒梯形等导致基础部位悬空的结构，保证基础下部有足够的支撑强度。使用钢结构基础时，应对钢结构进行防腐处理，避免长期处于潮湿环境中而导致结构因腐蚀刚度下降，并制定周期性检查计划确保防腐层能够较好的保护钢结构基础不受腐蚀影响。