同步電動機轉子部件的優化改進

鄧永新，郭士才，李西銀

(安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽臨泉 236400)

同步電動機具有轉速恒定、單機容量大、能向電網發送無功功率及支持電網電壓等優點，能適應大型化、自動化、復雜化、連續化的生產要求，目前在各行各業得到了廣泛應用。在生產中，如果同步電動機出現故障，就會對生產產品的質量和數量造成影響；嚴重時，還會危及企業的生產安全，甚至會造成人身或設備事故的發生。筆者在多年運行維護經驗的基礎上，對安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能化工)投運的同步電動機故障轉子進行優化改進，取得了良好的效果，使電動機運行更可靠。

1 存在的問題

中能化工現有氫氮壓縮機和二氧化碳壓縮機(共23臺)均是由大型同步電動機拖動。2016年夏季，同步電動機故障頻發，對生產裝置影響很大，而且伴隨發生安全環保事件。梳理總結這些同步電動機的故障，絕大部分是由轉子部件缺陷或損壞造成的。2016年5月11日，在2#合成氨系統4#氫氮壓縮機電機(5 000 kW/6 kV)運行中，風葉斷裂脫落，嵌在定子繞組中，相間短路著火進而燒毀繞組，影響生產1 908臺時，更換定子繞組合同費用32萬元，實際修復費用為5萬元。

由于所有大型同步電動機均采用全壓啟動，電流大，振動大，經常出現轉子阻尼繞組打火、勵磁繞組斷裂、碳刷滑環接觸不良及風葉斷裂脫落刮傷定子等現象，對生產裝置的安全構成嚴重威脅。

2 原因分析

打開同步電動機端蓋檢查，發現個別風葉已經斷裂，但無彎曲變形。阻尼銅環連接螺栓有打火痕跡，用梅花扳手緊固時，時常發生扭斷現象；用強光手電筒照射配合小平面鏡反射，發現阻尼銅條端部存在裂紋或斷裂現象。拆下銅質滑環，用游標卡尺測量，外圓圓面直徑偏差在2～3 mm；用100/4塞尺測量，發現勵磁繞組與鐵芯之間有0.5～1.0 mm的縫隙。經分析，致使同步電動機轉子故障率高的主要原因是碳鋼風葉韌性差、阻尼銅環連接螺栓強度低、阻尼銅條強度小、銅質滑環耐磨性差和勵磁繞組松動。

3 處理措施

針對以上不合理因素，查閱了大量相關資料，聽取專業人士的意見，借鑒其他單位的先進維修技術，并結合裝置實際情況，制定出科學完善的施工方案，利用設備大修期間，先后對同步電動機轉子缺陷部件逐一實施改進。

(1) 將脆性大的碳鋼風葉改為韌性和剛性均較好的不銹鋼風葉，這樣風葉即使扭曲變形，也不會斷裂脫落而刮傷定子。

(2) 將連接阻尼銅環的M10 mm×45 mm普通螺栓換成M12 mm×45 mm的35CrMoA高強度螺栓，減小阻尼銅環之間的接觸電阻，增加螺栓的緊固力，以防止啟動時電機打火。

(3) 將斷裂的阻尼條材質由紫銅換成黃銅，加大與阻尼銅環環焊接面積，減少接觸電阻，增加了阻尼銅條的強度，以提高抗剪能力。

(4) 將銅質滑環換成耐磨的鐵質滑環，減少在運行中的磨損，以消除滑環與碳刷接觸不良。

(5) 由于轉子啟動時的強烈振動和運轉中產生很大的離心力，致使勵磁繞組松動，與鐵芯產生移動錯位，造成勵磁繞組接頭扭斷。為此，在勵磁繞組與鐵芯之間用干燥的膠木板填充緊密，并浸絕緣漆進行固化。

4 改進效果

中能化工自2016年6月對故障率較高的4臺電動機(1#系統6#機、8#機和2#系統2#機、4#機)轉子部件改造以來，4臺電動機運行均非常穩定，未出現影響裝置的生產事故，為公司節約維修費用約46萬元。為鞏固本次改進成果，新制定了同步電動機停機例行檢查清灰制度，確定了檢查程序，逐項驗收，對檢查出的問題及時處理，確保所有同步電動機安全穩定運行，完好率達100%，同時也減少了壓縮機非正常停車次數、原料氣的排放及大氣污染，降低了能源消耗，達到了節能減排的目的。