180平主抽同步電機啟動振動大的原因分析

張立新，李鳳春

（凌源鋼鐵集團有限責任公司機動部，遼寧 凌源 122504）

180平主抽風機是燒結生產的關鍵設備，主抽風機運行中出現的各種故障都會造成180平燒結系統停機，直接影響煉鐵廠的生產。風機的振動信號能充分反映其運行狀態，利用采集的振動信號進行頻譜分析可推斷出運行狀態及振動根源。

180平主抽風機為雙支撐剛性轉子，膜片聯軸器傳動，風機型號L3N3402.12.90DBL6T，電機型號TD6900-6/6900，極對數3，功率6900kW。

一、故障現象

180平主抽風機投入運行后，系統定修后，每次啟動風機，電機的水平振動值在7mi n達到最大值，電機非驅動端4.2 mm/s，驅動端3.82mm/s。運行約1 h后到穩定值，電機非驅動端2.05mm/s，驅動端2.03mm/s。風機啟動振動趨勢見圖1。

二、故障分析

電機的異常振動都發生在180平主抽風機啟動時，為了能夠更準確分析設備異常原因，2012年4月16日在風機熱啟動時測量了電機各點轉頻振動值及相位(見表1)，電機的各點振動情況和冷啟動相同。

表1

通過監測電機振動值，電機的各點振動值變化以轉頻為主，而轉頻振動值出現異常，可能存在如下故障：(1)機組共振；(2)基礎松動；(3)轉子彎曲；(4)轉子不平衡。

下面運用正向推理的原理，排除不可能的故障原因，確定設備異常的主要原因。

1.機組共振

風機轉速接近臨界轉速會引起共振。其特性為：(1)振幅與轉頻有很強的依賴關系。(2)水平和垂直方向的相位相同；相位通常不穩定。180平主抽風機轉子為剛性轉子，轉速為1000r/min，遠小于一階臨界轉速，可以排除機組共振的可能。

2.基礎松動

其特點為：(1)特征頻率為轉頻及其諧波；(2)振幅隨轉速變化而變化；(3)相位通常不穩定；(4)松動結合面兩邊存在差別振動。180平主抽風機的振動相位穩定，且不存在差別振動，同時振動值隨時間延長趨于穩定，不符合基礎松動的特點，所以可以排除此種可能。

3.轉子彎曲

旋轉機械軸彎曲引起的振動特征：(1)水平方向振動值大且以轉頻為主，(2)水平與垂直相位穩定，且相位差等于或接近90°；(3)時域波形近似正弦波；(4)軸兩端軸承座的軸向相位差為180°。因軸承座兩端相位差約等于0°，不符合軸彎曲的特點，所以可以排除軸彎曲的可能性。

4.轉子不平衡

旋轉機械因不平衡引起的振動特征為：(1)水平方向振動值大且以轉頻為主；(2)水平與垂直相位穩定，且相位差等于或接近90°；(3)時域波形近似正弦波。（電機水平向頻譜見圖2），其他可能的故障原因已經排除，所以電機振動異常的最可能原因就是不平衡。

質量不平衡的原因主要有三個方面：(1)原始質量不平衡；(2)轉動過程中部件脫落或松動；(3)熱不平衡。原始質量不平衡造成的一倍頻振動應該是穩定的，這里可以排除；此臺電機的振幅是連續地逐漸上升而不是突然增加，第二種可能性也可以排除。所以此臺電機啟動振動大的原因是熱不平衡造成的。

針對同步電機結構和啟動特點對電機不平衡產生的原因分析如下：同步電機啟動過程中，阻尼繞組切割定子旋轉磁場而感應出很大的啟動電流，這樣大的電流會造成阻尼條發熱膨脹。如果阻尼條膨脹受阻或阻尼環出現變形會導致重心改變，引起電機轉子失衡；當電機轉速接近額定轉速時，勵磁系統投入，電機進入同步狀態。這時阻尼繞組和旋轉磁場同步，沒有感應電流從阻尼繞組流過。隨著阻尼繞組的緩慢冷卻，因阻尼條膨脹受阻或阻尼環變形引起的電機不平衡逐步消除，電機振動值恢復正常。這也符合了啟動時振動值增長較快和振動值緩慢下降的現象。綜上所述，建議檢查同步電機的阻尼條和阻尼環。

三、異常處理

2012年6月定修時檢查電機轉子，轉子阻尼環有變形更換部分阻尼環后，電機啟動時最大振動值2.3 mm/s，運行狀況良好。

四、結束語

對于關鍵設備在線監測的基礎上，必須配備必要的振動分析診斷手段；同時結合設備結構、設備故障機理綜合分析設備運行情況，及時、準確的提出診斷結論，指導設備檢修，實現預知維修。

[1]施維新.汽輪發電機組振動及事故[M].中國電力出版社,1991.

[2]楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用[M].中國電力出版社2007.