同步電機輪轂輻板裂紋原因及修復措施

徐化林 莊小云

(華強化工集團股份有限公司 湖北當陽444105)

0 前言

華強化工集團股份有限公司有8臺6M32型和1臺6M50型氫氮氣壓縮機，6M32型壓縮機由 TK3200-16/2600型同步電機(2007年投運，機組編號0#)驅動。合成氨系統經數次擴能改造，目前氨醇年生產能力達600 kt，為確保壓縮機安全長周期穩定運行，對各壓縮機的主機、電機均設置了振動在線監測系統。

1 第1次故障

2013年11月10日，0#機組同步電機主軸瓦6個測點、電機軸瓦2個測點振動監測數值均出現明顯上升，電機軸承座振動速度達21.0 mm/s。經緊急停機檢查，發現電機轉子輪轂輻板中部沿圓周方向產生了4條裂紋。

裂紋原因分析：該壓縮機機組處于長期超負荷生產狀態，同時還存在帶液現象，頻繁大扭矩起動，影響整個轉子運行的平衡性能，產生較大應力，導致電機轉子輪轂輻板產生疲勞。

6M32型壓縮機機組設計壓力與實際運行壓力對比見表1。

表1 6M32型壓縮機機組設計壓力與 實際運行壓力對比 MPa

項目一級二級三級四級五級六級設計壓力吸氣0.0240.240.701.605.15011.00排氣0.240.801.705.1513.4031.40實際壓力吸氣0.0480.330.661.505.0010.80排氣0.330.741.605.0012.0021.20

采取措施：如果外購新電機轉子需3個月時間，為減少對生產的影響，決定采用焊接工藝修復該電機轉子。查資料得知，該輪轂符合16Mn化學成分，屬于16Mn鍛件。焊接時用碳弧氣刨將電機轉子裂紋部分刨出雙U形坡口，然后打磨、清洗、去除油污；焊接部位預熱至300～350 ℃，采用J507焊條對坡口進行焊接修復，在焊接過程中，采用錘擊法消除應力；同時，在裂紋部位增設加強筋板，提高抗扭強度。焊接完畢后，立即對焊接部位進行局部保溫，實施自然冷卻。

2 第2次故障

經第1次修復裂紋的電機轉子投運初期，各測點振動速度均正常，一般控制在5.0 mm/s。隨著開機時間的延長，各測點振動速度再次出現緩慢增大現象。運行10 h后，電機測點振動速度上升至11.0 mm/s。再次停機，對輻板采用著色探傷檢查，發現在焊縫部位出現了眾多細小裂紋。

裂紋原因分析：第1次修復裂紋的焊接工藝只采用錘擊消除應力，未進行全面退火處理，焊接應力消除不完全，輪轂輻板單側焊接加強筋板致使轉子動平衡失效、振動偏大、應力增加，導致形成第2次裂紋。

采取措施：①取消單側加強板，在輻板圓孔內側增加圓環形加強板，將圓孔孔徑由Φ360 mm縮小至Φ200 mm，增加了輪轂輻板的整體強度。②對裂紋再次進行氣刨、打磨焊接。③焊接后，對整個轉子進行退火，即采用電阻絲纏繞輪轂、外覆蓋保溫石棉，通過調節電流控制升溫速率；嚴格按照16Mn材質焊接退火工藝進行加熱、保溫、冷卻；即將工件加熱至620 ℃并保溫2 h，保溫結束后按2.5 ℃/min的速率降溫至300 ℃(2 h)，再自然冷卻至常溫。

3 第3次故障

電機轉子修復投運1 h后，振動速度仍出現緩慢增大情況。運行24 h之后，振動速度達到10.8 mm/s，被迫再次停車檢查，發現是轉子輪轂與軸配合松動。

輪子輪轂與軸配合松動原因分析：轉子整體焊接退火后，轂孔發生膨脹變形，降溫后未能恢復至原有尺寸，造成與軸配合出現間隙而松動。

處理措施：用壓力機拆出輪轂，對內孔實施預熱、堆焊加工，利用機加工手段重新使輪轂與軸之間配合恢復至原有過盈配合尺寸(0.25～0.30 mm)。

4 效果

電機轉子經過第3次修復回裝后，壓縮機自2013年11月開車已連續穩定運行3個月，未發生故障，電機軸承座振動正常。