高壓電動(dòng)機(jī)在除塵場(chǎng)所穩(wěn)定高效運(yùn)行的研究

朱佳利

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備廣泛應(yīng)用各種場(chǎng)所，是電能主要消耗環(huán)節(jié)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況直接關(guān)系生產(chǎn)穩(wěn)定和節(jié)能效果。電動(dòng)機(jī)按照功率可以分為大、中、小、微，按照安裝方式分為立式、臥式，按照電壓等級(jí)分為高壓電動(dòng)機(jī)、低壓電動(dòng)機(jī)。為更加深入探討實(shí)際問(wèn)題，本文主要介紹除塵場(chǎng)所應(yīng)用的高壓電動(dòng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)高效運(yùn)行等方面的一些內(nèi)容。

1 高壓除塵電動(dòng)機(jī)作用

除塵高壓電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)葉輪通過(guò)各種方式聯(lián)接，主要作用就是為葉輪提供旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。葉輪按照工藝要求可以制作成左右向一定角度旋轉(zhuǎn)，對(duì)布袋或靜電場(chǎng)除塵器內(nèi)部造成正負(fù)壓差，與除塵器相互聯(lián)接各處管道的不同除塵點(diǎn)粉塵通過(guò)管道吸入除塵器凈化，經(jīng)過(guò)凈化后的除塵空氣排出煙道。如果除塵高壓電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，整套除塵設(shè)施沒(méi)有除塵作用。

2 高壓除塵電動(dòng)機(jī)日常保養(yǎng)項(xiàng)目

高壓除塵電動(dòng)機(jī)日常保養(yǎng)必須由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方式進(jìn)行保養(yǎng)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)使用場(chǎng)所、負(fù)荷和設(shè)計(jì)要求保養(yǎng)周期沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定。按照停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)短和生產(chǎn)節(jié)奏，可分為大修、中修、小修。中、小修的修理內(nèi)容大體是在線(xiàn)不解體的修理。修理方式以緊固、清掃、潤(rùn)滑、更換為主，緊固動(dòng)力和控制電纜的接線(xiàn)柱、端子箱、操作箱。清掃機(jī)身、接線(xiàn)盒內(nèi)部灰塵，遙測(cè)電線(xiàn)電纜絕緣阻值，更換動(dòng)作不靈敏電氣控制器件，雨天防雨平時(shí)防塵的密封，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)端注潤(rùn)滑脂等內(nèi)容。注入潤(rùn)滑脂也可在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，保障軸承內(nèi)外套能夠充分潤(rùn)滑。

中小修過(guò)程簡(jiǎn)單、電氣安全作業(yè)尤為重要。中小修項(xiàng)目一般要進(jìn)行高壓電氣停電、驗(yàn)電、接地、掛牌等安全措施，執(zhí)行電氣“兩票四制”的工作方式。安全措施和相關(guān)制度按照步驟進(jìn)行，在停電、驗(yàn)電后按照緊固、清掃、潤(rùn)滑、更換備件的各自標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。檢修后聯(lián)系崗位試車(chē)。試車(chē)前確認(rèn)電動(dòng)機(jī)檢修內(nèi)容全部完成，檢修工器具全部收拾干凈，高壓配電柜接地體斷開(kāi)，一切恢復(fù)正常后查看電動(dòng)機(jī)四周人、物的狀態(tài)處于安全距離方可聯(lián)系送電試車(chē)。

高壓電動(dòng)機(jī)空載試車(chē)非常重要，通過(guò)視、聽(tīng)、測(cè)量驗(yàn)證檢修質(zhì)量。視覺(jué)主要內(nèi)容包括；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向、冷卻系統(tǒng)、電流和電壓數(shù)據(jù)、軸承、線(xiàn)圈溫升變化趨勢(shì)、軸承、機(jī)組振動(dòng)等內(nèi)容。聽(tīng)覺(jué)主要內(nèi)容包括：運(yùn)行、軸承是否平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)聽(tīng)聲音時(shí)有時(shí)要借助聽(tīng)音棒幫助。測(cè)量驗(yàn)證根據(jù)視聽(tīng)檢查結(jié)果，根據(jù)各種與高壓電機(jī)有關(guān)的測(cè)量?jī)x表進(jìn)行綜合分析判斷，判斷好壞依據(jù)國(guó)家有相關(guān)規(guī)定，此不贅述。

3 除塵高壓電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的處理

除塵高壓電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)處理涉及內(nèi)容很多。處理過(guò)程更需要技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的平時(shí)積累。下面以處理一起振動(dòng)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹，起到拋磚引玉的作用。某公司除塵器、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的設(shè)備基本狀況為以下內(nèi)容。

除塵風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y4-7X73N0，25.5F，風(fēng)量；650000m3/h。除塵器采用4 電場(chǎng)180 平電場(chǎng)改造的布袋除塵器。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YKK710-6 1600KW，除塵器上部脈沖噴吹閥采用雙排順序噴吹，型號(hào)；DMF-Y-76,DC24V,JB/T5916。此套設(shè)備自2012 年改造后運(yùn)行基本正常，除塵效果達(dá)到50mg/M3符合國(guó)家環(huán)保要求。使用過(guò)程發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)發(fā)生不規(guī)律的振動(dòng)很不正常。在2017 年7 月份檢修后風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)水平振動(dòng)一直超標(biāo)。測(cè)試風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)速度由5mm/s,逐漸增加到9mm/s～13.55mm/s，甚至達(dá)到18-19 mm/s，電機(jī)水平振動(dòng)由2.05mm/s逐漸增加6mm/s～7 mm/s.此過(guò)程大概用時(shí)72～120 小時(shí)不等，處理過(guò)程如下。

停電對(duì)風(fēng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)接重新找正，采用兩表法找正數(shù)據(jù)都在0.06mm 以下范圍。對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)座軸承檢查，底座緊固等措施都沒(méi)有取得效果。2018 年3 月，采用高級(jí)便攜式FFT 分析儀和HY106C 機(jī)械振動(dòng)采集儀對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪和電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

典型的異常頻譜：如圖1 所示。

圖1 風(fēng)機(jī)負(fù)荷端水平方向振動(dòng)速度

結(jié)論：風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)較大，且時(shí)域波形接近正弦波，頻譜為17.5HZ 振動(dòng)較大，幅值為20.76mm/s。風(fēng)機(jī)存在失衡故障。

根據(jù)測(cè)得結(jié)果對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪在線(xiàn)做動(dòng)平衡，當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)：運(yùn)行轉(zhuǎn)速：750Rpm，測(cè)量值：11.7m/s^2，數(shù)據(jù)類(lèi)型：時(shí)間波形，數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)：2048，頻率帶寬：5000Hz。

為了更進(jìn)一步排除故障，2018 年4 月對(duì)該風(fēng)機(jī)備用葉輪返廠(chǎng)修理，修理后進(jìn)行更換。更換過(guò)程對(duì)軸承、軸承座、對(duì)中等項(xiàng)同樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，前前后后工作56 個(gè)小時(shí)，試車(chē)振動(dòng)故障依然。

對(duì)風(fēng)機(jī)整體設(shè)備進(jìn)行整體檢查，機(jī)械和電氣共同查找缺陷，單純機(jī)械處理已經(jīng)到位，反應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題只是表象，以前所有過(guò)程對(duì)信號(hào)特征作出識(shí)別處理過(guò)程，只得出表面原因，并沒(méi)有對(duì)信號(hào)特征作出機(jī)理性分析，得出振動(dòng)深層次原因。機(jī)械方面進(jìn)行處理，風(fēng)機(jī)和電機(jī)振動(dòng)最大的可能性是負(fù)載。對(duì)除塵器整體結(jié)構(gòu)使用類(lèi)比方法進(jìn)行分析，該風(fēng)機(jī)是在靜電除塵基礎(chǔ)上改造成布袋除塵。布袋除塵器中布袋長(zhǎng)度7m，吸附在布袋表面的粉塵狀況受脈沖噴吹閥動(dòng)作影響很大，該除塵器180 平米的空曠空間內(nèi)沒(méi)有二次分割，兩排噴吹閥噴吹動(dòng)作相差很大，南噴吹管道壓力0.35 兆帕，北噴吹管道壓力0.2 兆帕，北側(cè)除塵布袋積塵嚴(yán)重。布袋之間壓差是1450Pa。明顯高于南側(cè)，分析認(rèn)為：布袋除塵器內(nèi)部粉塵氣流通道不穩(wěn)定，北側(cè)除塵布袋積灰嚴(yán)重，壓差大，粉塵通透性能差，南側(cè)相反，壓差小，粉塵通透性能好，南北兩側(cè)同一個(gè)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，源動(dòng)力相同，粉塵濃度和溫度基本相同，只是粉塵氣流進(jìn)入除塵器發(fā)生南北方向的移動(dòng)，氣流這種移動(dòng)造成葉輪水平振動(dòng)。后對(duì)北側(cè)損壞的脈沖閥進(jìn)行有序更換，風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)水平振動(dòng)逐漸減少。北側(cè)除塵器噴吹壓力提高至0.35 兆帕左右，風(fēng)機(jī)振動(dòng)5.5mm/s，電機(jī)振動(dòng)2.0mm/s 以下。

4 除塵高壓電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行模式

從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，軸功率P 與流量Q，風(fēng)壓p 的關(guān)系為：P∝Q×p

可見(jiàn)流量Q 和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P 與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz 即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2%。

風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行曲線(xiàn)圖來(lái)分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。圖2。

圖2 風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行曲線(xiàn)

當(dāng)所需風(fēng)量、流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門(mén)的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線(xiàn)上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A 點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B 點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積p2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)、水泵的特性曲線(xiàn)將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A 點(diǎn)移至C 點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與面積pB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（p2-pB）×（C-B）的面積成正比。

綜上，理論數(shù)據(jù)表明除塵風(fēng)機(jī)高壓電機(jī)按照平時(shí)使用80%的風(fēng)門(mén)能夠滿(mǎn)足除塵效果，使用電能是原來(lái)的51.2%，節(jié)能效果明顯。

5 節(jié)能改造具體方案

利用節(jié)能技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，從系統(tǒng)的整體性和控制的系統(tǒng)性出發(fā)，對(duì)設(shè)備的安全、工藝的保障、系統(tǒng)的平衡、負(fù)荷的跟隨等方面綜合考慮，實(shí)現(xiàn)“跟隨負(fù)荷、開(kāi)放式應(yīng)對(duì)工況變化、功率按需輸出”的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。現(xiàn)在普遍使用高壓變頻器作為風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置。如圖3 所示：

圖3 改造基本方式

旁路柜中，共有3 個(gè)高壓開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2 與K3 采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K2 閉合，K3 斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K2 斷開(kāi)，K3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL 連鎖， DL 合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開(kāi)關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無(wú)效。保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，高壓電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定基礎(chǔ)上的高效運(yùn)行主要體現(xiàn)在日常的周期維修，消缺電動(dòng)機(jī)本身缺陷，尤其要處理風(fēng)機(jī)振源導(dǎo)致的電機(jī)振動(dòng)。風(fēng)機(jī)葉輪及其聯(lián)接部件比較粗大，振動(dòng)引起損壞的部件表象在電機(jī)軸承。在高壓電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上使用變頻器做好節(jié)能，效果巨大。