大型電機軸承箱振動異常問題分析及處理

中國石油天然氣第七建設有限公司 山東青島 266300

1 引言

某石化廠的往復式壓縮機組，其配套主電機功率為7200kW、轉速為333r/min，采用可傾瓦滑動軸承。電機在單機試運過程中運轉平穩，各項檢測數據均為理想狀態（振速0.2mm/s、振幅1μm）。電機帶動壓縮機空負荷試運過程中發現電機驅動端軸承箱振動異常劇烈，振動肉眼可見并帶動潤滑油管線振動，使用手持式測振儀已無法準確測量出振動幅值、振速和振動加速度。電機異常振動嚴重影響機組的穩定運行，給以后機組的正常運行埋下巨大安全隱患。本文對電機軸承箱異常振動問題進行了總結，并詳細闡述了異常振動問題的分析及處理過程，為同行在以后處理類似問題提供參考。

2 壓縮機機組電機振動的成因及危害

2.1 電機振動的成因

電機由本體、底座、基礎及其所驅動的負載一同構成一個機械系統。電機內部存在定子和轉子之間的電磁力，輸入端受到的扭轉沖擊，以及輸出端受到的扭力，造成定子鐵芯、定子繞組、基座、轉子及軸承等部件以其固有頻率自由振動，以及數種頻率組合的強迫振動。具體可分為下列幾種情況：

（1）電機轉子、定子自身缺陷；

（2）電機底座結構特性；

（3）軸承裝配間隙超標；

（4）壓縮機與電機同軸度偏差過大；

（5）壓縮機側負荷沖擊。

2.2 電機振動的危害

電機在運轉過程中會發生不同程度的振動，振動對電機的危害主要體現在以下幾個方面：

（1）消耗能量，降低電動機效率；

（2）損傷電機及壓縮機軸承，加速軸承的磨損，使軸承正常使用壽命大大縮減；

（3）使基礎或與電機配套的其他設備運轉受到影響，造成某些零件松動，甚至使一些零件因疲勞而損傷，造成事故；

（4）使轉子鐵芯松動，造成定子和轉子互相摩擦，從而導致電機轉子彎曲、斷裂；

（5）使電機繞組相互摩擦，絕緣電阻降低，絕緣壽命縮短，嚴重時造成絕緣擊穿。

3 電機軸承箱異常振動問題分析及處理方案

3.1 電機與壓縮機同軸度偏差過大

3.1.1 振動產生原因

電機與壓縮機同軸度偏差過大，致使電機在驅動壓縮機運轉過程中，壓縮機曲軸與電機轉子之間產生過大的軸向和徑向干擾力，干擾力通過軸承作用于軸承箱，造成電機軸承箱振動異常。

3.1.2 檢查、處理方案

復測電機與壓縮機的同軸度。經現場復測同軸度數據為徑向最大值為0.02mm、軸向最大值為0.03mm。隨機文件中規定機組同軸度允許安裝偏差為徑向0.03mm、軸向0.05mm，實際安裝數值滿足機組穩定運行要求。確認軸承箱異常振動并非由同軸度偏差造成。

3.2 飛輪未做靜平衡或靜平衡實驗不合格

3.2.1 振動產生原因

飛輪未做靜平衡或靜平衡實驗不合格，使飛輪隨壓縮機運轉過程中產生振動，通過電機轉子作用到軸承箱處，最終導致軸承箱振動異常。

3.2.2 檢查、處理方案

查看壓縮機隨機文件，確認飛輪靜平衡檢測報告為合格。結合現場觀察結果（飛輪上有平衡孔），排除飛輪未做靜平衡的可能。

3.3 墊鐵規格及布置不合理

3.3.1 振動產生原因

墊鐵尺寸規格過小或布置位置和間距不合理可能導致振動的產生。主要表現在：尺寸過小的墊鐵未能有效支撐電機底座承重筋板或主要承重面；墊鐵布置間距過大，電機底座產生過大變形。

3.3.2 檢查、處理方案

綜合電機質量（73700kg）、混凝土規格（C30）無收縮灌漿料、電機底座尺寸、地腳螺栓分布、地腳螺栓距電機底座邊緣距離、電機軸承箱，以及轉子、定子質量及重心分布等影響因素，設計墊鐵布置位置和墊鐵規格。確定使用L300mm×b150mm×h20mm的常規平墊鐵和L300mm×b150mm×h20mm×a10mm×c8mm規格的斜墊鐵（規格尺寸詳見圖1），單臺電機放置28組墊鐵（墊鐵布置位置詳見圖2）。

圖1 電機墊鐵規格圖

圖2 電機墊鐵布置圖

通過理論計算對墊鐵的最小面積進行驗證，墊鐵選用符合設計及規范要求，能夠滿足電機正常平穩運轉的要求。

3.4 調整軸瓦瓦背過盈量

3.4.1 振動產生原因

通過對比施工期間的安裝記錄發現，電機驅動端軸承箱軸瓦瓦背與軸承箱上蓋的間隙為0.02 mm，安裝時就此問題咨詢過廠家服務人員，廠家給出了證明材料，安裝要求為±0.05mm。因此，軸承箱的軸瓦安裝時出現過盈0.05mm或者間隙0.05mm都是符合廠家技術要求的。

3.4.2 檢查、處理方案

在電機驅動端軸瓦瓦口處加0.05mm的墊片調整過盈量，調整后過盈為0.02mm，軸瓦頂間隙增加0.02mm。

軸瓦過盈量調整后再次開機，此時測得的數據為：軸承箱上蓋處振速1.0mm/s、振幅32μm，底座上板面振速0.7mm/s、振幅25μm，振動現象有了明顯改變。此時的振動值雖然沒有超出廠家的設計值（振速2.8mm/s、振幅70μm），但與電機在進行單機試運時的數據比較還是明顯偏高。由此可見，電機驅動端軸承箱上蓋與軸瓦存在間隙不是引起軸承箱劇烈振動的絕對因素。

3.5 電機底座加固

3.5.1 振動產生原因

電機底座結構剛度不夠也會導致振動產生。從底座的整體結構來看，強度方面沒有什么問題，但由于底座頂面采用20mm厚度的鋼板，支撐筋板使用30mm厚度的鋼板（布置示意圖見圖3），整個底座略顯單薄，剛度方面可能會存在問題。軸承箱固定螺栓在底座上的位置為兩筋板的空當處，同時軸承箱下方的支撐筋板略少，在電機轉子、軸承箱自重作用下底座可能會產生彈性變形。電機運轉過程中產生動載荷使底座發生一定的振動幅度，動載荷頻率與電機固有頻率相近時，產生共振，兩種變形量疊加導致轉子傾斜。在定子磁場和壓縮機作用下，轉子受到軸向和徑向作用力，最終導致電機軸承箱發生異常振動。

圖3 底座結構圖

3.5.2 檢查、處理方案

局部強化電機底座的剛度。具體操作為：在軸承箱下方的底座增加4組厚度為36mm的加強筋板后，再次啟動壓縮機組，檢測電機軸承箱振動情況。

3.5.3 試車結果

在增加支撐筋板數量、調整軸瓦過盈量后，電機驅動端軸承箱垂直、水平、端面3個方向最大振速為0.5mm/s、最大為振幅15μm，不僅符合廠家設計要求，而且達到了較為理想的狀態。最終確認誘發振動的主要因素為電機驅動端軸瓦裝配間隙過大和電機底座剛度偏低（見圖4）。

圖4 振動因素調整前后對比圖

4 結束語

通過分析、處理壓縮機組電機軸承箱振動問題，可知引起電機振動的因素很多。從電機的生產制造、安裝過程和最終的帶負荷運行，其中任何一個環節出現問題都可能造成電機的振動。一旦發現電機振動問題，應結合設備現場實際，逐條分析、處理設備自身結構以及安裝、運行可能存在的問題，查找并確定電機振動的真正原因，有針對性地制定維修處理方案。