定子水冷卻泵電機振動大的原因分析與處理

李夢林 曹景芳

摘 ?要：某電廠#7機組A定子水冷卻泵電機振動超標，通過振動診斷分析，找到電機振動大的兩個主要原因，一是聯軸器對中不良，二是電機臺板與基礎接觸不良，出現“A”型機械松動特征。檢查發現聯軸器存在裂紋，電機驅動端底腳處臺板與基礎接觸不良。更換一套新聯軸器，對臺板進行防變形加固處理后帶負荷試轉振動合格，消除電機振動大缺陷。

關鍵詞：定子冷卻水泵;電機;振動診斷;對中不良;機械松動

1、設備概況

某電廠#7機組為1000MW汽輪發電機組，配置兩臺定子水冷卻泵。機組運行時，一臺泵運行，另一臺泵備用。電機選用江蘇大中電機股份有限公司YB2-280S-2型三相異步電動機，額定電壓380V，額定電流134.4A，額定功率75kW，額定轉速2970RPM，驅動端與非驅動端軸承型號均為6314/C3;聯軸器為梅花式彈性墊圈聯軸器;冷卻泵選用常州武進水泵廠DFB125-80-300型離心泵，流量134m?/h，揚程98m，驅動端與非驅動端軸承型號均為6309;電機與冷卻泵采用臥式安裝結構。

電機臺板與冷卻泵臺板為一體式臺板，用四個螺栓與基礎相連。由于電機與泵的中心高不一致，電機側臺板高度低于泵側臺板高度。電機四個底腳用螺栓與臺板固定，設備結構示意圖如圖1所示。

2、故障現象

2021年10月26日，檢查發現#7機A定子水冷泵電機軸承振動大。#7機A定子水冷泵電流97.3A，利用VM-63A振動小表測量振動參數如下：電機驅動端軸承振動值：⊙137μm，-32μm，⊥109μm（標準≤50μm）;電機非驅動端軸承振動值：⊙120μm，-17μm，⊥75μm;泵驅動端振動值：⊙27μm，-30μm，⊥38μm（標準≤50μm）;泵非驅動端振動值：⊙27μm，-9μm，⊥9μm;電機驅動端及非驅動端振動值超標。

3、原因分析

利用CX10振動測量分析儀及VM-63A振動小表對該設備進行進一步振動數據測量分析，結合振動特征分析如下：

電機驅動端頻譜圖中以1X、2X轉速頻率為主，其中1X轉速頻率幅值遠高于2X轉速頻率幅值，如圖2所示。出現此類頻譜特征的原因有質量不平衡、聯軸器不對中、“A”型機械松動等。其中不平衡引起的振動，其振動幅值與等效不平衡質量成正比，與等效不平衡質量與轉子中心之間的距離成正比。該類型電機轉子為鼠籠式鑄造轉子，在運行中出現部件脫落的概率非常低，并且受轉子自身重量及半徑的限制，即使電機在運行中轉子出現配件脫落，也很難引起這么大的振動幅值。因此質量不平衡的原因可以暫不考慮。電機驅動端時域波形圖中出現“M”型周期振動，幅值最高2.2mm/s，如圖3所示，此振型為典型不對中特征。泵側驅動端頻譜圖中以1X、2X、3X轉速頻率為主，幅值最高為5.37mm/s，如圖6所示，此頻譜特征進一步印證了聯軸器不對中的可能。不排除設備還存在“A”型機械松動的可能。

（2）從振動小表測量的振動數據中發現，電機驅動端及非驅動端垂直方向振動位移值大于水平方向振動位移值。一臺正常運行的臥式轉動設備，受定轉子自身重量及底腳螺栓對振動的約束作用，其水平方向的剛度遠低于垂直方向的剛度。所以臥式轉動設備正常運行時，其水平方向的振動位移值遠大于垂直方向的振動位移值。進一步測量電機底腳與對應臺板及基礎垂直方向振動位移值，電機驅動端左側底腳（從電機側向泵側看，下同）垂直方向102μm;電機驅動端左側底腳下邊臺板垂直方向98μm;電機驅動端左側底腳下邊基礎垂直方向3μm;電機驅動端右側底腳垂直方向68μm;電機驅動端右側底腳下邊臺板垂直方向73μm;電機驅動端右側底腳下邊基礎垂直方向4μm。從振動數據看出電機驅動端臺板與基礎之間垂直方向振動幅值差別很大，顯示“A”型機械松動特征。

（3）電機驅動端解調頻譜圖中以軸承外環故障頻率及其諧波為主，幅值最高0.29g，如圖4所示。電機驅動端解調波形圖中沖擊值最高4.4g，如圖5所示，說明電機驅動端軸承外環輕微磨損。泵側時域波形圖中沖擊最高2.6g，如圖7所示。泵側解調頻譜圖與解調波形圖中無明顯軸承故障特征，如圖8、圖9所示，說明泵側軸承運行正常。

結論：綜上所述，#7機A定子水冷泵電機驅動端底腳下部臺板與基礎存在“A”型機械松動，電機與泵之間聯軸器運行時對中不良，電機驅動端軸承外環輕微磨損。

4、處理措施

根據檢修班組的檢修計劃，機務班先進行聯軸器檢查，發現泵側靠背輪圓周方向裂紋12mm，如圖10所示。更換新靠背輪一對（泵側與電機側靠背輪均更換），電機班更換備品電機，暫未對臺板及基礎進行處理。

圖10 ?泵側靠背輪圓周方向裂紋

對#7機A定子水冷泵備品電機空試，測量電機驅動端軸承振動值：⊙20μm，-13μm，⊥14μm;電機非驅動端軸承振動值：⊙19μm，-11μm，⊥11μm（標準≤50μm），振動合格，聲音正常。對聯軸器進行找正后帶負荷試運，運行轉速為2980r/min，振動標準標準≤50μm，電機非驅動端⊙187μm，-8～11μm，⊥63～72μm;電機驅動端⊙145μm，-22μm，⊥187μm，泵驅動端⊙17～20μm，-60μm，⊥19μm;泵非驅動端-40μm，⊥8μm;電機與泵振動值均超過標準設備振動超標。重新對電機四個底腳螺栓位置處電機底腳、電機基礎及電機臺板進行垂直方向振動測量，各部件振動如表1所示，電機底腳、電機基礎及電機臺板處水平、軸向振動均不超過20μm。

由表1中數據可以看出，電機基礎與臺板間依然存在連接松動。對電機、泵的基礎及臺板垂直方向進行振動測量，整個基礎垂直方向振動均在2～7微米，但電機及泵臺板各位置有明顯差別，如圖11所示，使用塞尺對基礎及臺板間連接情況進行檢查，發現在基礎垂直方向電機驅動端位置處有間隙，250μm塞尺可塞入。

根據上述信息綜合分析，更換電機后電機振動大的原因在于基礎與臺板在電機驅動端位置處左右兩側均出現連接松動，進一步分析松動原因，電機基礎或臺板出現變形，造成兩者之間出現間隙，現場在250μm塞尺塞入位置處加裝墊片后，電機驅動端垂直方向振動由185μm降至70μm，軸向由145μm降至55μm。

檢修隊進一步對基礎進行加固。用32mm厚鋼板制作加強筋，在#7機A定子水冷泵基礎與底座出現間隙的位置進行壓實緊固，增加基礎臺板整體剛性，如圖12所示。工作完畢，現場衛生清理干凈，申請設備試運。啟動#7機A定子水冷泵，電流99.6A，測量振動參數如下：電機驅動端軸承振動值：⊙42μm，-21μm，⊥19μm（標準≤50μm），電機非驅動端軸承振動值：⊙43μm，-15μm，⊥4μm;泵驅動端振動值：⊙16μm，-16μm，⊥20μm（標準≤50μm），泵非驅動端振動值：⊙20μm，-4μm，⊥5μm，振動合格，聲音正常。

5、結束語

引起設備振動大的原因有很多，分析查找設備異常時一定要綜合考慮各方面因素。一是需要檢修人員充分了解設備結構，對設備常出現、易出現異常做到心中有數，二是利用振動特征排除部分設備異常原因，針對不能排除的原因進行逐一分析驗證;三是利用精密診斷技術對設備的振動情況做進一步的分析，精確找出設備異常原因，既減少了檢修班組的工作量，又提高了設備異常修復的效率，為企業的安全生產、經濟效益做出巨大的貢獻。

參考文獻：

[1] 楊國安.機械設備故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2007.

[2] 華電國際鄒縣發電廠.1000MW機組電氣檢修規程：Q/101-104.22-2006.

作者簡介：

李夢林，1989年6月生，本科學歷，生產技術部精密診斷中心，工程師，從事振動診斷與分析工作

曹景芳，1976年9月生，本科學歷，生產技術部精密診斷中心，正高級工程師，從事振動診斷與分析工作