大型立式异步电动机振动分析及处理方法

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1、大型立式异步电动机振动分析及处理方法匡 正( 江苏省江都水利工程管理处 ， 江苏江都 225200)摘 要 : 目前大功率异步电动机在大中型泵站及火力发电厂循环水系统应用越来越广泛 ， 而在使用中电机振动是较容易碰到的问题 ， 所以认真分析振动原因 ， 提高安装 、检修质量是充分发挥电动机效益的重要保证从立式异步电动机安装检修出发 ， 用 3 个实际的案例来探讨立式异步电动机振动的原因 ， 并提出相应处理方法 ， 以供相关工程技术人员参考 。关键词 : 立式异步电动机 ; 振动分析 ; 处理方法0 引言大型立式异步电动机相对于同步电动机有着结构简单 、维护方便 、价格低廉的优点 ， 在部分大中

2、型泵站及火力发电企业的循环水系统获得广泛应用 ，是应用十分广泛的交流传动机械 。但是由于机组结构 、电磁因素 、安装质量 、运行工况等多方面原因所引起的振动严重影响到它所拖动的水泵机组的工作质量和寿命 ， 因此研究大型立式异步电动机组的振动对于水泵机组的平稳运行 、安全运行有着十分重要的意义 。1 机组振动原因分析及危害分析引起大型水泵机组发生振动的原因很多 ， 振源也较复杂 ， 大型立式泵机组振动的原因主要有 :1) 机械原因引起的振动 : 因不平衡 、连接不良 、接触不良 、内部摩擦 、轴承因素及基础因素等 ;2) 液体原因引起的振动 : 因液体脉动 、汽蚀 、叶片数 、叶片形状不同等因素

3、 ;3) 电气原因引起的振动 : 因负荷不平衡 、磁通量不平 、电源高次谐波 、倍频振动 、转差率等因素 。这 3 种因素往往交叉存在 ， 相互作用 。运行中的水泵机组当振动超过其允许幅值时 ， 其危害性表现在以下几方面 : 使电机轴承磨损寿命降低 ; 使电机端部绑线松动相互摩擦 ， 造成绝缘电组降低 ， 绝缘寿命缩短严重时造成绝缘击穿 ; 机组联轴器不能正常工作 ， 严重时将导致机组密封系统的破坏 ; 连接部件松弛 、应力增大 ; 可能危及泵机组的基础部分 ; 增加泵房内附加噪音 ; 振动加剧也是泵机组发生其他事故的前兆 ，并诱发其他事故的发生 。安装检修实践中几种较为常见的振动原因分析 :

4、1) 磁场不平衡引起振动 。在水泵运行中 ， 当电动机突然一相绕组发生短路时 ， 即电动机各相电源磁场不平衡时 ， 定子受到变化的磁场力的作用而振动 ， 此时电动机虽仍在转动 ， 但其他两相电流增大 ， 电动机发出嗡嗡声 ， 其振动频率为转速乘以极数 ， 如果这种振动与定子机架固有频率相同 ， 则会产生强烈的振动 。另外 ， 由于电源电压不稳 ， 转子在定子内的偏心和气隙不均匀等原因都会发生由于磁场不平衡而引起的振动 。2) 定 、转子之间的气隙不均匀引起振动 。气隙中所产生的电磁力 F( N) 为F = SB2( )25 + /2cos( ) 98 1014( 1)式中 : 为某极下的位移

5、( cm) ; 为定 、转子之间的平均间隙 ( cm) ; 为位移与左右相邻中心线的夹角 。电动机正常运行时 ， 转子的转动轴线与定子的542013 No1 大型立式异步电动机振动分析及处理方法 运行与维修磁力中心轴线重合 ， 作用在转子上的电磁力均匀对称分布 。如果转子与定子间的气隙不均匀 ， 磁极经过最小气隙时单向磁力最大 ， 经过最大气隙时的单向磁力最小 ， 这种电磁力频率为 2 倍工频 ， 从而引起振动 。3) 定子铁心组装结合处松弛 。由于定子铁心组装不均匀而形成磁路中磁阻大小不一 ， 如某大型泵站所安装的电动机 ， 其定子铁心采用分瓣现场组装 ， 可能出现这种情况 。若接缝不好 ，

6、 好似沿定子铁心周围存在气隙 ， 造成磁通不均匀 ， 使电机振幅增大 。4) 转子中心位置偏移 。由于转子中心位置发生偏移 ， 同样是电动机磁力不平衡的原因之一 。设在最小气隙方向作用于转子的电磁拉力为 F0( N) ，其数值可按下式决定F0=2pS0B2( )2598 1014( 2)式中 : p 为磁极对数 ， 其余物理量意义如上 ， 由于转子中心位置偏移对于凸极转子 ， 有时成为个别部件损坏的根源 。5) 电机定子铁心失圆定子的磁场中心与机械中心不一致 。转子动平衡不良 ， 由于质心偏移回转中心引起的力与力矩的不平衡量引起的振动 。2 立式大型异步电动机振动故障分析处理案例一某大型火力发

7、电企业循环水系统使用由YKSL2300 20/2150 1 型立式异步电动机与SEZ2200 1875 型大型立式混流泵配套使用 ， 电动机上轴承由推力轴承 、径向导轴承组成 ， 下轴承为滚柱轴承 ， 额定功率 2300 kW， 额定电压 10 kV， 额定转速 295 r/min， 水冷全封闭结构 ， 定子 20 极 ， 转子为双鼠笼结构 。循泵机组基本结构如图 1 所示 。该厂2 号机组从安装开始就存在缺陷 ， 机组振动较大 ， 且甩油现象十分严重 。虽经 2 次检修甩油问题已经解决 ， 但机组振动问题一直没有消除 。21 电动机安装及质量分析电动机安装主要包括电动机底座 、电动机定子 、

8、转子及附件的安装 。大型立式异步电动机的安装质量控制有几大关键因素 : 固定部分的垂直同心度 、转动部分的高程确定 、转动部件轴线的摆度 、中心 、间隙等 。安装要求 : 电动机本体的水平度图 1 立式轴流泵机组示意图0 02 mm/m、垂直同心度 0 02 mm/m、摆度002 mm/m、空气间隙不均匀度 10%、导向轴瓦间隙 0 10 0 15 mm。安装质量经现场实测 ， 符合技术要求 。22 机组轴线 “对中 ”为保证机组轴线 、上下导轴承中心的垂直度 ， 2号机组电机采用 “对中 ”安装法 。以电动机下导轴承中心为固定部分垂直中心基准点 ， 即选择电动机下导轴承中心为固定部分垂直中心

9、基准点 ， 同时也作转动部分定中心的基准点 。调整电动机定子与电动机下导轴承窝 、电动机上机架 ， 合格后 ， 电动机定子 、下轴承支架 、上机架在水平方向不再移动 。电动机组装后 ， 调整转子的摆度 、水平 、高程 ， 再以电动机下导轴承中心对中 、调上导瓦间隙 。安装尺寸满足要求后 ， 即为合格 。对中法安装特点 : 固定部分垂直同心准确可靠 ， 转动部分垂直同心与固定部分垂直同心误差较小 ， 安装精度高 ， 但工作量较大 。23 检修后振动试验经安装检修后 ， 试运行小组安排专门技术人员对该循环泵机组进行试运行 ， 首先进行单台套电机试验运行 ， 并记录了相关技术参数 。64运行与维修

10、上海大中型电机 2013 No1表 1 2 号机振动测量 mm部位水平方向东 南 西 北垂直方向东 南 西 北上部 0134 0146 0134 0148下部 0040 0042 0040 0043 0016 0018 0017 00181) 电气参数 : 电流 90 A， 电压 10 kV， 功率2 300 kW。2) 振动检测 : 用手持式 DZ 5 振动测试分析仪对 2 号机组振动进行测量 ， 结果见表 1。据产品技术要求该电机振动允许值为015 mm， 现场检测结果电机的振动量虽在允许值范围内 ， 但由于其他 3 台同样的机组在检修后 ， 上部的水平方向振动小于 0 04 mm， 下部

11、的水平方向振动小于 002 mm。说明 2 号机组运行时其振动量明显大于其他同型号 、同工况的机组 。3) 在试运行过程中当运行中的泵机组电源突然中断 ， 振动量也随之突然减少 。24 振动原因分析及振动的消除由于机组异常振动影响安全运行 ， 业主邀生产厂方到现场一起分析原因 ， 共商解决问题的办法 。1) 从现场检修资料看 ， 检修程序规范 、各项技术参数符合要求 ， 检修质量没有问题 。2) 从试运行情况来看 ， 机组的振动在东西向振动偏小 、南北向振动偏大 ， 这跟电机底座强度有关 ， 可通过加固底座来解决偏振问题 。3) 据现场分析可能引起机组的振动原因有 :安装不良或其他原因引起的振

12、动 ; 电磁力不平衡引起的电磁振动 ; 转子不平衡 、轴承磨损 、径向间隙过大 、轴承外圈与端盖配合松 、轴颈椭圆 ， 转轴弯曲引起的机械振动 。根据检修后振动试验结果可初步排除引起 2号机组振动的原因 1) 和 2) 。由于机组在试运行期间突然切断电源 ， 振动也随之突然减少 ， 据此可初步得出机组振动与电磁因素有很大关系 。为了能够更加准确的找出故障的原因 ， 电机生产厂方代表要求再次对电机进行检修 。检修人员再次对该电机进行检修时 ， 厂方代表全程跟踪 ， 仔细分析每一组数据 ， 严把质量关 ， 排除了由于安装不良及转子不平衡 、轴承磨损径向间隙过大 、轴承外圈与端盖配合松 、轴颈椭圆

13、， 转轴弯曲引起的机械振动的可能性 。检修结束后再次进行试运行时 ， 机组振动情况依旧 。业主方再次组织人员进行分析研究 ， 认为由电磁原因引起的机组振动可能性较大 。生产厂方认为 ， 在这种情况下 ， 该机组可作为备用机组使用 ， 并根据现场实际情况 ， 决定在电机底座薄弱的地方进行加固 。2007 年 12 月份该企业邀请东南大学的振动专家对该台机组的振动情况进行详细测试和分析 ， 发现机组下部的一倍频振动小于 0 01 mm， 两 倍 频 、三 倍 频 的 振 动 较 大 在0 15 mm左右 。从测试的情况来看 ， 该机组的振动是由电磁原因引起的与检修质量无关 。鉴于以上原因 ， 在

14、2008 年 3 月份 ， 业主决定继续检修该台机组 ， 并请厂方派人过来共同商量对策 ， 厂方提出在定子线圈上增加 3 根均压线 ， 以减小电磁力不平衡的影响 ， 其他检修工作正常进行 。检修结束后再次进行试运行 ， 振动明显减小 ， 机组运行一切正常 。3 立式大型异步电动机振动故障分析处理案例二另一大型火力发电企业循环水系统选用64LKXA 24 5 型立式单级单吸 、转子可抽出式斜流泵 ， 出口直径 160 m， 设计扬程 245 m， 该泵配用YKKL1800 12/1703 1 型 1 800 kW 立式异步电机 ， 转速 495 r/min。循泵基本结构和图 1 所示大致相同 。

15、该厂循环水泵机组自安装投运以来 ， 因振动过大一直不能正常运行 。厂方曾多次请制造厂家和原安装及检修单位技术人员等来厂针对振动问题进行专题研讨 ， 结果均不理想 。31 故障现象及检修过程该厂 7 号循泵机组因振动严重超标无法继续运行 ， 测得相关数据如表 2 所示 :742013 No1 大型立式异步电动机振动分析及处理方法 运行与维修表 2 7 号机振动测量 mm部位水平方向东 南 西 北垂直方向东 南 西 北上部 018 025 016 022 008 009 008 008下部 006 007 008 006 005 006 006 005该电机底座水平振动值达 0 06 0 08 m

16、m， 垂直振动动达 0 05 0 06 mm; 电机顶部水平振动最大达 025 mm， 垂直振动达 008 mm， 运行时可见油水管路有明显抖动现象 ， 其它 3 台振动也偏大 ， 且有增大的趋势 。机组解体后 ， 发现水泵的三道轴颈磨损严重 ， 水泵下导轴颈最大磨损量达 5 mm， 橡胶轴承也有相应的磨损 ， 电机结构基本正常 。机组检修时 ， 同心 、摆度等技术参数的误差都很大 ， 通过常规的检修手段 ，根据规范要求 ， 调整了相应的技术参数 。检修后 ， 电机进行了单独试运行 ， 即电机和水泵联轴器脱开启动电机 ， 效果良好 ， 机组底座部振动在 0 012 mm 左右 ， 机组顶部振动最大值为 0 05 mm， 符合规范要求 。连接电机与水泵联轴器后 ， 运行时电机顶部最大振动为 015 mm， 虽然振动值下降了近