高壓電機內風扇斷裂原因分析及改進

劉小春

摘 要 大型空冷高壓電機有著結構簡單制造維修方便等優點，廣泛的運用于工業生產中。大型空冷高壓電機內部冷卻風扇是保證電機穩定持續運行的重要部件。文章通過對沈陽電機股份有限公司制造的YTM710-6G高壓電機內風扇頻繁斷裂的原因分析，從設計、焊接、試驗、運行等角度進行加以了改進。從而有效的杜絕了同型號電機內風扇斷裂故障的發生，取得了良好運行效果和經濟效益。

關鍵詞 高壓電機；內風扇；斷裂

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0163-02

野馬寨發電有限公司磨煤機電機系沈陽電機股份有限公司制造。電機型號為YTM710-6G，額定功率1400 kW，額定電壓6 kV，轉速990 r/min。電機和磨煤機減速箱采用彈性柱銷齒式聯軸器聯結。電機冷卻方式為IC611，空—空冷卻。該電機端部安裝一個離心式同軸風扇，電機旋轉時由該風扇形成電機內部空氣循環系統，交換定子線圈和鐵芯產生的熱量。內部空氣循環通過和電機空冷器進行熱交換達到對電機冷卻的作用。由于該風扇安裝在電機負荷側，與電機端部線圈的距離只有15 cm，中間安裝有玻璃鋼導風板，運行中內風扇斷裂或脫落，極易引起內風扇與電機端部線圈的摩擦，導致電機燒毀。自2008年7月至2011年1月，期間共計發生內風扇斷裂導致風扇脫落、電機端部絕緣受損、電機燒毀等異常事件共計7次，直接經濟損失合計48萬余元，且不同程度的影響機組接帶負荷。

在內風扇斷裂問題未得到根治前，磨煤機內風扇的隱患一直嚴重威脅著機組的安全穩定運行。

1 內風扇斷裂的原因分析

2010年針對磨煤機內風扇頻繁斷裂問題，野馬寨發電有限公司成立了攻關小組，聯系沈陽電機股份有限公司和湘潭電機股份有限公司等廠家專家到現場分析風扇的斷裂原因，對斷裂風扇的焊接質量和金屬結構進行了金相檢查。通過對內風扇斷裂原因的深入分析，從內風扇材質選用，風扇固有頻率測試、風扇焊接工藝、風扇動靜平衡和電動機現場運行工況進行分析，找出內風扇斷裂的一些因素。

1）材質結構。電機原內風扇采用Q235鋼板，風扇環板6 mm厚、傘形罩板4 mm厚、風扇葉片4 mm厚，風扇的質量54.5 kg，內風扇的轉動慣量由5.62 kg·m2。由于Q235鋼板屬于普通碳素結構鋼，塑性和韌性較差。用這種材料制成的焊接結構，受動力載荷作用時接頭容易出現裂縫。另外由于電機風扇的葉片采用了梯形葉片在運轉中，空氣和葉片產生應力會集中在風扇的焊口部位，容易導致風扇開焊。見圖1。

圖1 磨煤機電機內 圖2 焊接不良導致的

風扇斷裂部位 開焊部位

2）焊接工藝。對于Q235鋼板的焊接，原內風扇廠家采用的是普通的手工電弧焊進行焊接，焊條采用J507焊條。焊接質量不良，部分風扇的焊口處存在未焊滿和夾雜的情況。從部分開裂的風扇來看，裂紋都是集中在風扇的焊接接頭處，所以焊接質量不良是內風扇斷裂的重要原因。見圖2。

3）風扇固有頻率。通過錘擊擊振法在湘潭電機集團修造分廠對原內風扇進行了固有頻率的測試，測得原內風扇最低固有頻率為103.6 Hz，接近轉速電磁頻率（50 Hz）及其倍頻（100 Hz）容易發生共振，風扇發生共振后很容易導致金屬結構件的疲勞，從而引起風扇斷裂。

4）現場運行條件。從現場斷裂的內風扇的電機運行狀況來分析，電機風扇發生斷裂之前電機各部的振動有變大的情況，特別是電機的軸向振動烈度存在明顯超標的情況，部分電機的振動烈度達到了10 mm/s，電機軸向力過大容易引起風扇的緊固螺栓磨損和斷裂，導致風扇在運行中產生軸向擺動引起風扇焊接結構斷裂或者風扇脫落。

2 內風扇的改進措施

2.1 風扇材質選擇及結構設計

1）風扇材料的修改：原來風扇使用Q235的鋼板，改造后的風扇使用16Mn鋼板。

2）風扇葉片的結構由原來的梯形葉片結構，變更為刀式結構，改進后的葉片設計減少了空氣力作用于葉片傘形罩板焊接口的應力。

3）風扇尺寸修改：將風扇環板由6 mm加厚至10 mm，傘形罩板由4 mm增厚至6 mm，風扇葉片厚度由4 mm增厚至

6 mm，風扇的質量由54.5 kg增加至79 kg，內風扇的轉動慣量由5.62kg·m2增加至8.65 kg·m2。新設計風扇增加了風扇結構件的板材厚度，主要是考慮提高風扇的整體剛度、增加風扇的轉動慣量和固有頻率、減少轉動應力。

2.2 焊接工藝及質量保證

1）對于16Mn鋼板的焊接采用埋弧焊，焊絲選用H10Mn2SiA低碳結構鋼鍍銅埋弧焊絲。

2）焊接前對焊接板件進行預熱處理，預熱溫度為100度。

3）焊接完成后為了降低焊接殘余應力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時間為2小時，降溫速度為125℃/h 。

4）焊接完畢后需要對焊口進行外觀檢查及金相探傷檢查，確保焊縫焊接質量。焊縫周圍板材無裂紋。

2.3 風扇相關試驗

1）內風扇的動平衡：原風扇先做風扇靜平衡，風扇套在電機轉子上后再做轉子動平衡，并在風扇上加配重。新設計的風扇先做轉子未套風扇的動平衡，在點擊轉子端部加配重，然后在套上新制內風扇做轉子動平衡，在風扇上加配重。通過新的動平衡試驗消除了因轉子不平衡作用在風扇上的作用力。

2）對內風扇的最低固有頻率測試為125.2 Hz，避開了轉速電磁頻率（50 Hz）及其倍頻（100 Hz）不會發生共振，風扇開裂幾率大大降低。

2.4 現場安裝及運行工況

1）風扇的安裝配合改進：新制內風扇的設計配合為過盈0.05 mm，風扇螺母緊固措施更改為防松止動墊圈加鎖緊螺母。endprint

2）新風扇安裝在電機轉軸上后端面的軸向偏擺控制在3 mm之內。

3）電機空載運行時負載端的軸向振動烈度控制在2.8 mm/s之內，帶機械部分運轉時的負載端得軸向振動烈度控制在4.5 mm/s之內（水平和垂直的振動烈度均控制在合格范圍內）。

2.5 維護和檢查

1）做好電動機的定期巡視檢查工作，保證電機的運行工況機械部分運轉時的負載端的軸向振動烈度控制在4.5 mm/s之內（水平和垂直的振動烈度均控制在合格范圍內）。

2）利用機組停運檢修的機會及時吊開電動機冷卻器，檢查內風扇是否存在明顯的裂紋。

3）電機解體大修中要對內風扇焊接部位進行金屬探傷

檢查。

3 效果檢查

2010年5月下旬新設計的內風扇在送至湘潭電機股份有限公司修理的野馬寨發電有限公司2號爐B磨煤機電機上進行了整機的動平衡、最低固有頻率測試和空載試運轉。新風扇的運轉情況良好，電機空載運行時負載端的軸向振動烈度為1.5 mm/s，其他部位的水平和垂直的振動烈度均控制在合格范圍內。該電機運至現場后裝復至1號爐B側磨煤機處運轉，負載運行時的負載端的軸向振動烈度控制在了3.2 mm/s之內，低于控制目標值運行。

2010年6月至7月間又訂購了5套改進的風扇對野馬寨發電有限公司其他的5臺磨煤機電機內風扇逐步進行了更換，完成了該公司全部6臺磨煤機電機內風扇改造。期間加強了對改造風扇的磨煤機電機的運行檢修維護處理工作，確保其運行中的振動烈度在可控的范圍之內。2010年12月、2011年2月、2011年5月該公司已先后完成了3、1、2號機組的A級檢修任務，在對已改造風扇的磨煤機電機解體大修中，對新制的內風扇進行了仔細的檢查和焊接面的金相探傷檢查工作，均未發現有風扇斷裂和開焊情況的發生。從近兩年的運行情況看來本次針對磨煤機內風扇的技術改進取得了較好的效果。

4 結束語

改進后的內風扇剛度和固有頻率都得到了明顯的提高，并避開了轉速電磁頻率及倍頻，不會發生共振，風扇的動強度和壽命都得到了提升。但是引起內風扇斷裂的原因并不是單純的風扇結構質量問題，機械旋轉設備一定要認真監測好各部位的振動值，保證設備運行轉在健康狀況下。并且，要定期對內風扇檢查，對風扇的運行狀況做到心中有數，確保電機安全穩定運行，從根本上杜絕磨煤機電機內風扇斷裂引起的電機燒毀事件的發生，為企業安全生產的穩定奠定基礎。

參考文獻

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