大型電動機轉子串軸故障分析與處理實例

丁 平，王 江，潘 毅

(國電諫壁發電廠，江蘇鎮江212006)

國電諫壁發電廠1 000 MW（14號機組）吸風機A、B單電機試轉過程中，發現電機啟動瞬間轉子向后串動，已不能正常試轉。針對故障現象，與制造廠家一起進行分析，終于得出了造成轉子后移原因的實質，并運用了切實可行辦法予以解決。

設備名稱：國電諫壁發電廠1 000 MW（14號機組）吸風機 A、B電機；型號為 YKK1000-8；功率為7 800 kW；電壓等級為6 kV，額定電流為859 A；轉速為746 r/min；功率因數為0.899；絕緣等級為F級；防護等級IP54；上海電氣集團上海電機有限公司制造。

1 假設與分析

（1）假設對于單電機試轉過程中轉子后移的現象是因電機空載情況下定轉子間的軸向磁力小于風扇旋轉過程中形成的軸向推力引起。國電諫壁發電廠1 000 MW（14號機組）吸風機A、B電機，在現場單電機試轉前的工況：電機轉子與風機轉子靠背輪沒有對接，電機轉子兩側采用滑動軸承，轉子末端配有同軸離心式冷卻風扇，電機本體頂部配有空冷器。當電機在旋轉過程中，同軸離心式冷卻風扇在電機尾部進風，并通過螺旋式風道向上進了電機頂部空冷器至電機前端出風。因此，電機轉子由于風扇進風的反作用，始終有一個將轉子軸向后移的引力。同時單電機試轉屬于空載狀態下，電機按照出廠裝配尺寸安裝完成，單電機試轉時，這樣就形成了電機空載下的定轉子間的旋轉磁力和風扇軸向所形成的推力。

由于電機空載狀態下電流約為178 A，出廠堵轉試驗達859 A。空載電流比額定電流相比要小許多，根據磁力矩公式M=CMΦ I cos θ，電動機電磁力矩是由氣隙主磁通與轉子電流的有功分量相互作用而產生[1]。因此，在電機空載狀態下定轉子間的旋轉磁力較小，而電機的轉速不變，其風扇軸向所形成的作用力卻不變，就可能會出現電機定轉子間的旋轉磁力小于風扇軸向所形成的作用力。而在重負載的工況下，電機定轉子磁力矩將增大，穩住電機定轉子的磁場中心是沒有問題的。其風扇作用力對其轉子軸向影響小。因此，電機處于空載狀態其磁力未能克服風扇引力的影響，從而使電機轉子發生后移的假設好象是能夠成立的。可以將電機風葉拆除，將電機啟動短暫運行實踐一下，這樣可以從根本上排除了風扇推力的作用。于是安排將電機轉子根據出廠銘牌標注的轉子軸伸Lz=100.5 mm調整好后。啟動電機試轉，啟動后轉子旋轉瞬間后移至Lz=83 mm，且能穩住運行但軸徑外側有碰磨聲。如圖1所示。

圖1 啟動后實測轉子軸伸

停運后檢查發現轉子軸徑與瓦座外側有明顯磨痕，且定轉子鐵心錯位約有15 mm。通過實踐否定了電機試轉過程中轉子后移是由于風扇引力引起的假設。如圖2所示。

圖2 啟動后轉子后軸前移磨痕

（2）假設對于單電機試轉過程中轉子后移的現象是電機轉軸水平度存在偏差，轉子因自重力引起后移。電機轉子本體凈重約為23 t，因使用滑動軸承，電機在靜態工況下，施加人力轉子即可軸向進行滑動，當電機轉子兩側滑動軸承在油泵開啟的工況下，轉子滑軸與滑瓦由潤滑油頂起，其間形成一層約4～5絲左右厚的油膜，那么如果電機轉軸水平度不好，就有可能出現電機轉子在自重力的作用下勢必將向略低端偏移。因此，正鑒于此電機處于空載狀態其磁力未能克服轉子重力引起后移的假設好象是能夠成立的。則安排對電機轉軸水平度進行了復測，其復測發現電機前軸端比后軸端高出12絲（水平儀），折算為12÷3=4絲/m，略高于2絲/m的安裝驗收標準。

考慮到此電機容量大、轉子自重大，也確實在諫壁發電廠屬首次安裝尚未有安裝經驗，即使符合安裝驗收標準，也不能完全排除轉子自重大而因重力發生偏移的假設，況且復測也確實是電機前端略高于后端。于是將電機前端與后端重新調整水平，為了做一次驗證，要求在水平基礎上特意再將電機本體后端墊高15絲/m，折算為15÷3=5絲/m，同時仍將電機轉子軸伸磁中心根據出廠銘牌Lz=100.5 mm調整好，不帶風扇。重新啟動電機試轉，啟動后轉子旋轉瞬間仍然后移至Lz=83 mm，且能穩住運行但后軸徑外側有碰磨聲，制造廠家人員用木棒在電機后端頂推轉軸，轉軸不能推動。而電機停運后卻能夠很輕松地將轉子推動并前移。通過實踐再次否定了電機試轉過程中轉子因自重力引起后移的假設。

（3）假設對于單電機試轉過程中轉子后移的現象是因轉子軸伸Lz=100.5 mm是電機在制造廠組裝過程中而確定的尺寸，不是通過啟動試轉后而最終確定的尺寸。其實這個假設剛開始時就曾經提過，但因制造廠家提供的出廠試驗報告中都有空載電流和堵轉電流實測數據，也就是肯定在出廠前試轉過后標注的磁中心尺寸。在制造廠家指導下對電機定轉子氣隙復測，2臺電機定轉子氣隙均勻。同時對轉子兩側滑動軸承開瓦檢查，對部位安裝尺寸進行數據的復核，各數據如下：

① 吸風機電機A轉子根據出廠銘牌標注的轉子軸伸Lz=100.5 mm調整好后，定轉子鐵心處于理想對齊狀態；并在此工況下測量軸與軸瓦的游隙尺寸。

聯軸器端軸瓦游動間隙為外側18 mm；內側8 mm。后端軸瓦游動間隙為外側11 mm；內側19 mm。完全符合電機安裝要求，如圖3、圖4所示（單邊游動間隙不小于5 mm的要求）。而當單電機試轉后，轉子卻自動滑移到Lz=83 mm的磁中心位置，形成定轉子鐵心端部約有20 mm的錯位。聯軸器端軸瓦游動間隙變為外側0.5 mm；內側25.5 mm。后端軸瓦游動間隙變為外側28.5 mm；內側1.5 mm。反而不符合電機安裝要求，也就證實了電機試轉時發生軸頸與瓦座外側碰磨是不可避免的。

圖3 軸瓦油封位置

圖4 后軸瓦游動氣隙

② 吸風機電機（B）轉子根據出廠銘牌標注：轉子軸伸Lz=97 mm調整好后，定轉子鐵心處于完全對齊狀態；并在此工況下測量了軸與軸瓦的游隙尺寸：

聯軸器端軸瓦游動間隙為：外側16 mm；內側10 mm。后端軸瓦游動間隙為外側13 mm；內側17 mm。完全符合電機安裝要求 （單邊游動間隙不小于5 mm的要求）。

當單電機試轉后，轉子卻自動滑移到Lz=84 mm的磁中心位置，形成定轉子鐵心端部約有15 mm的錯位。聯軸器端軸瓦游動間隙變為外側3 mm；內側23 mm。后端軸瓦游動間隙變為外側6 mm；內側4 mm。反而不符合電機安裝要求。

通過對轉子兩側滑動軸承開瓦后對各安裝尺寸進行數據的復核，初步可以確定電機銘牌上標注尺寸的轉子軸伸Lz，是電機在制造廠組裝過程中確定的，不是通過電機試轉后，最終依椐試轉結果確定尺寸的假設。如圖5、圖6所示。

2 處理過程

圖5 定轉子氣隙

圖6 定轉子徑向磁中心位置

（1）理論上來說電機定轉子鐵心對齊了磁中心位置就確定了，但是由于電機在制造過程中鐵心硅鋼片壓裝有差異；鐵心相對位置的金加工尺寸有差異；因此，在安裝過程中雖將定轉子鐵心調整到理想的對齊狀態，但由于上述制造工藝因素的存在，所以在確定電機銘牌標注的轉子軸伸Lz時。出廠要求需要在電機試轉平臺上，使電機在絕對水平的工況下進行試轉，并待停轉后復測轉子軸伸Lz數值，最終確定電機銘牌上軸伸Lz的標注尺寸。

（2）通過和制造廠家不斷分析與實踐，出廠前的試轉與現場試轉存在的差異，最終確定第三個假設是正確的。首先，在制造廠內試車由于電機功率大，廠內電源容量不能做到完全工頻試轉，而是采用變頻啟動方式，電壓從0 V慢慢加至電機額定電壓6 kV。在這個過程中磁場由弱到強，磁場拉力由小到大，由于轉子重，啟動時間相對較長，加至變頻器容量所限（據在制造廠試轉見證，當時確實存在變頻器功率模塊過流損壞的現象），同時也不能排除人為的因素。當電機尚未到額定電壓和額定轉速，電機定轉子也尚未到磁中心位置就匆匆停轉的可能。而在諫壁發電廠現場采用的是工頻方式直接啟動，瞬間過程中磁場達到了額定強度，可以在旋轉瞬間將電機轉子拉到實際的磁中心位置。因此，可以確定電機銘牌標注的轉子軸伸Lz不是試轉后的實際磁中心位置，而是在電機組裝過程中定轉子鐵心人為調整的理想對齊狀態。

3 結束語

根據現場工頻試轉的數據，最終由制造廠家確定吸風機電機A工號1110433的磁中心尺寸Lz調整至88 mm，吸風機電機B工號1110434的磁中心尺寸Lz調整至92 mm。重新更換2塊電機銘牌，同時將2臺電機前端蓋返廠，并將其內側平面分別車去6 mm。到廠后進行復裝并分別在2臺電機后端蓋加墊6 mm墊片，使2臺電機轉子向非負荷側軸向移動了6 mm。重新試轉后一次成功，目前運行情況良好。

[1]陳道舜.電機學[M].北京：水利電力出版社，2006.