三角帶傳動離心風機電動機軸承損壞原因分析

羅杰 薛超

摘 要

三角帶傳動是核電廠通風系統離心風機的一種傳動方式。3、4#機組功率運行期間，電動機斷軸、電動機軸承損壞引起定轉子掃膛事故是三角帶傳動離心風機發生了多次的典型而嚴重的故障模式。為明確產生故障的根本原因，避免同類設備發生重復性故障，本文通過對一起離心風機的現場故障進行深度剖析，通過引用標準、建立模型、理論計算、調研等一系列手段，找到了引起三角帶傳動離心風機發生以上機械故障的主要原因，為優化相關維修規程建立了重要的理論依據。根據現場條件實施技術改造，將三角帶傳動風機改造為直連風機，從根本上消除三角帶給風機造成的潛在故障風險。

關鍵詞

皮帶張力;軸承基本額定壽命;徑向力

中圖分類號： TM614 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 21

0 引言

風機是核電廠各類通風系統的常用旋轉設備。從結構上區分，可以分為軸流風機、直連式離心風機、皮帶傳動式離心風機。皮帶傳動式離心風機主要由電動機、主動輪、從動輪、三角帶皮帶、風機等部件組成。由于三角帶的材料屬性，該類離心風機運行過程中會不可避免地產生皮帶磨損、傳遞效率降低、皮帶過緊、打滑等問題。尤為值得注意的是，皮帶傳動式離心風機與其他兩種風機相比，由于皮帶張緊力對電動機軸頭主動輪的附加徑向作用力，使電動機轉軸及其軸承承受除轉子重力外的額外徑向拉力，電動機轉轉軸及其軸承使用壽命定會受到影響。若皮帶張緊力設置過大，無疑會加速電機軸承疲勞，縮短軸承使用壽命。核電廠電氣廠房主通風系統某離心風機2014年8月17日，發生一起離心風機電機軸承損壞進而引發電機定轉子掃膛事故。因此，需要對離心風機三角帶皮帶張力的設定方法，以及設定皮帶張緊力后對電動機軸承壽命的影響作出定量或定性分析判斷，用于指導現場設備的維護工作。

1 設備和系統概述

1.1 系統概述

DVL，核電廠電氣廠房主通風系統，設計用于以下區域的通風：低壓和中壓配電盤室及繼電器室通風;出入口通道區和冷區通風;壓縮機房通風。其中低壓和中壓配電盤室及繼電器室通風系統，主要用于對相關區域的運行設備保持其室內溫度在規定限值以內，并保持各房間內有微小正壓，避免塵埃滲入。該通風系統投運后，可保持冬季房間溫度不低于5℃，保持夏季溫度不高于35℃。

1.2 設備概述

故障風機的廠內設備位號為4DVL202ZV，廠內設備名稱為低壓和中壓配電盤室及繼電器室A列排風機（以下簡稱2號風機）。主要由風機葉輪、風機主軸、風機機殼、風機軸承座，皮帶輪、皮帶、皮帶罩、電動機、公用底座構成。風機型號為QF-C14-8型，風量45695/h，浙江上風廠制造。風機配套電動機為佳木斯電機廠生產，電動機型號Y2 200L-4，額定電壓380V，額定功率30kW，額定轉數1452r/min，重272kg。電動機兩側軸承室均設置有注油孔，兩端軸承型號均為SKF6312。電機與風機采用皮帶傳動，皮帶型號為窄V帶SPB3550。電動機將電能轉化為轉子機械能，通過帶輪與皮帶摩擦力的作用使皮帶及風機獲得動能，從而將機械能從電機側傳遞至風機側。

2 離心風機故障

2.1 故障現象

2014年8月17日，主控室觸發某配電盤報警，隨后觸發火災報警。運行人員根據報警配電盤鎖定故障區域，發現剛剛還在運行的2號風機已停運，空氣四周彌漫有焦煳味。維修人員對相關設備進行詳細檢查，發現2號風機配電開關抽屜內B相熔絲熔斷;電動機驅動端軸承保持架扭曲斷裂、滾珠變形、軸承油脂發黑;電動機定轉子已掃膛，定子表面絕緣材料高溫變色、磨損嚴重。

2.2 原因分析

2.2.1 故障設備檢修史

2號風機從機組投運至故障發生前，設備的歷史檢修時間、檢修任務、檢修主要工作內容列下表1詳細說明：

2號風機預防性維護工作主要包含：

（1）風機軸承半年潤滑，工作過程中對皮帶張緊力進行調整，張緊力調整范圍為60N至80N之間。

（2）電動機清潔與絕緣檢查，主要測量電動機基本電氣參數。

（3）電動機6個月加油脂，目的是保證電機兩側軸承潤滑充足。

（4）電動機解體大修，預維周期為3年。主要工作內容為電動機抽轉子，定轉子目視檢查，電機機械尺寸測量，更換兩端軸承。

2號風機作為低壓和中壓配電盤室及繼電器室排風機，設計上要求電廠功率運行期間連續運行，不切換、不停運。2013年1月15日該風機與電動機進行同步解體檢查，電動機兩端更換新軸承。2014年8月16日，電動機發生定轉子掃膛事故，這兩個時間點的時間間隔為18個月，由于402大修期間該設備停運近半月，故2號風機電動機新軸承的實際使用壽命為17.5月。

2013年1月15日，電動機進行解體檢修，期間更換了電動機兩側軸承。該軸承為電廠備件倉庫正品軸承，在軸承安裝前進行手盤檢查，轉動靈活無異常。電動機組裝后進行通電空載試驗，軸承無異音，電機本體溫度、軸承溫度、三相電流一致性均滿足要求。因此，2號風機故障不是因電動機軸承質量或軸承安裝問題造成的。

對比秦二廠2號機組同位號風機，均為皮帶傳動，電動機功率均為30kW，風機型號相同，均為QF-C14-8。電動機解體檢查項目預防性維修周期相同，均為3年。通過查閱歷史工單并與秦二廠2號機組維修部門了解，秦二廠2號風機在電廠功率運行期間從未發生軸承損壞并導致電機掃膛的故障。所以，2號風機電動機解體周期設置為3年是合理。電機解體項目預維周期不合理不是引起電機軸承損壞的原因。

電動機自2013年1月15日解體檢修任務完成后，嚴格按照PM項目，在規定的時間間隔定期進行軸承6個月加油脂工作，即電動機兩端軸承有足夠的油脂潤滑。

為明確電動機軸承損壞的根本原因，引入SKF軸承手冊中軸承基本額定壽命概念，代入軸承運轉時表征軸承受力的各參量，從計算皮帶初始帶拉力為起點，對電機軸承（型號SKF6312）基本額定壽命進行估算。

2.2.2 軸承基本額定壽命

可見，通過理論計算，對于離心式皮帶風機，皮帶張力設置為不同值時，電動機驅動端軸承SKF6312的基本額定壽命會發生明顯變化，且較小的皮帶張力變化量ΔG會引起更大的軸承基本額定壽命變化量ΔL10h，即皮帶張力對軸承基本額定壽命的影響非常敏感，因此對某一設計已完成的皮帶傳動裝置，傳動功率、轉速、皮帶型號、皮帶組數已確定的情況下，皮帶張力的設定值需由相關國標要求進行嚴格計算，才能保證設備安全、可靠地運轉。

3 維修策略優化

3.1 定標準

為了保證電廠三角帶傳動式離心風機能夠在預維周期內安全高效地為系統服務，盡可能避免2號風機同類設備故障發生，這就要求我們的維修操規程能夠正確地指導現場設備的檢修維護工作，避免規程關鍵操作步驟的設定數據不適用于維修對象，給設備連續運行帶來隱患。

（1）經過對秦二廠1、2#機組、防城港核電同位號同型號風機的維修規程進行調研以及根據國標 《普通和窄V帶傳動》中對初拉力公式的應用和計算，在咨詢風機廠家意見的基礎上，重新對維修規程《擴建機組QF-C14-8型風機全面解體檢查》進行升版，維修規程升版原因為“修改張力標準，添加皮帶對中數據”。將2號風機皮帶張緊力的上下限由“60N-90N”修改成“27N-46N”。

（2）為確保風機運行可靠性，降低設備檢修的維護成本。對于現場空間、傳動功率滿足改造要求的皮帶傳動風機，在通過設計院、廠家評估后對現場皮帶傳動風機進行改造，改造為直聯風機，風機葉輪直接通過鍵連接至電機軸。避免了皮帶故障或皮帶張緊力過大造成設備故障停運，同時也節約了維修成本。目前，我廠3、4#機組電纜層通風系統，13臺三角帶傳動風機已改造為直連風機，改造完成后現場使用效果良好。

4 總結

對三角帶傳動離心風機電動機，應在滿足功率傳動的前提下，依據國標《普通和窄V帶傳動》的相關技術要求，計算不同風機的皮帶張緊力設定范圍，同時核算電動機軸承壽命，避免因皮帶張緊力過大而導致電機軸承壽命在運轉過程中嚴重縮短，造成軸承故障性損壞，引發電動機定轉子掃膛事故。

參考文獻

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