同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件的優(yōu)化改進(jìn)

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(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速恒定、單機(jī)容量大、能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率及支持電網(wǎng)電壓等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)大型化、自動(dòng)化、復(fù)雜化、連續(xù)化的生產(chǎn)要求，目前在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。在生產(chǎn)中，如果同步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量造成影響；嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)危及企業(yè)的生產(chǎn)安全，甚至?xí)斐扇松砘蛟O(shè)備事故的發(fā)生。筆者在多年運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱中能化工)投運(yùn)的同步電動(dòng)機(jī)故障轉(zhuǎn)子進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，取得了良好的效果，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行更可靠。

1 存在的問題

中能化工現(xiàn)有氫氮壓縮機(jī)和二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(共23臺(tái))均是由大型同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。2016年夏季，同步電動(dòng)機(jī)故障頻發(fā)，對(duì)生產(chǎn)裝置影響很大，而且伴隨發(fā)生安全環(huán)保事件。梳理總結(jié)這些同步電動(dòng)機(jī)的故障，絕大部分是由轉(zhuǎn)子部件缺陷或損壞造成的。2016年5月11日，在2#合成氨系統(tǒng)4#氫氮壓縮機(jī)電機(jī)(5 000 kW/6 kV)運(yùn)行中，風(fēng)葉斷裂脫落，嵌在定子繞組中，相間短路著火進(jìn)而燒毀繞組，影響生產(chǎn)1 908臺(tái)時(shí)，更換定子繞組合同費(fèi)用32萬元，實(shí)際修復(fù)費(fèi)用為5萬元。

由于所有大型同步電動(dòng)機(jī)均采用全壓?jiǎn)?dòng)，電流大，振動(dòng)大，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)子阻尼繞組打火、勵(lì)磁繞組斷裂、碳刷滑環(huán)接觸不良及風(fēng)葉斷裂脫落刮傷定子等現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)裝置的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2 原因分析

打開同步電動(dòng)機(jī)端蓋檢查，發(fā)現(xiàn)個(gè)別風(fēng)葉已經(jīng)斷裂，但無彎曲變形。阻尼銅環(huán)連接螺栓有打火痕跡，用梅花扳手緊固時(shí)，時(shí)常發(fā)生扭斷現(xiàn)象；用強(qiáng)光手電筒照射配合小平面鏡反射，發(fā)現(xiàn)阻尼銅條端部存在裂紋或斷裂現(xiàn)象。拆下銅質(zhì)滑環(huán)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量，外圓圓面直徑偏差在2～3 mm；用100/4塞尺測(cè)量，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁繞組與鐵芯之間有0.5～1.0 mm的縫隙。經(jīng)分析，致使同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障率高的主要原因是碳鋼風(fēng)葉韌性差、阻尼銅環(huán)連接螺栓強(qiáng)度低、阻尼銅條強(qiáng)度小、銅質(zhì)滑環(huán)耐磨性差和勵(lì)磁繞組松動(dòng)。

3 處理措施

針對(duì)以上不合理因素，查閱了大量相關(guān)資料，聽取專業(yè)人士的意見，借鑒其他單位的先進(jìn)維修技術(shù)，并結(jié)合裝置實(shí)際情況，制定出科學(xué)完善的施工方案，利用設(shè)備大修期間，先后對(duì)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子缺陷部件逐一實(shí)施改進(jìn)。

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

(2) 將連接阻尼銅環(huán)的M10 mm×45 mm普通螺栓換成M12 mm×45 mm的35CrMoA高強(qiáng)度螺栓，減小阻尼銅環(huán)之間的接觸電阻，增加螺栓的緊固力，以防止啟動(dòng)時(shí)電機(jī)打火。

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

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

(5) 由于轉(zhuǎn)子啟動(dòng)時(shí)的強(qiáng)烈振動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生很大的離心力，致使勵(lì)磁繞組松動(dòng)，與鐵芯產(chǎn)生移動(dòng)錯(cuò)位，造成勵(lì)磁繞組接頭扭斷。為此，在勵(lì)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(jìn)行固化。

4 改進(jìn)效果

中能化工自2016年6月對(duì)故障率較高的4臺(tái)電動(dòng)機(jī)(1#系統(tǒng)6#機(jī)、8#機(jī)和2#系統(tǒng)2#機(jī)、4#機(jī))轉(zhuǎn)子部件改造以來，4臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行均非常穩(wěn)定，未出現(xiàn)影響裝置的生產(chǎn)事故，為公司節(jié)約維修費(fèi)用約46萬元。為鞏固本次改進(jìn)成果，新制定了同步電動(dòng)機(jī)停機(jī)例行檢查清灰制度，確定了檢查程序，逐項(xiàng)驗(yàn)收，對(duì)檢查出的問題及時(shí)處理，確保所有同步電動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，完好率達(dá)100%，同時(shí)也減少了壓縮機(jī)非正常停車次數(shù)、原料氣的排放及大氣污染，降低了能源消耗，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。