輸煤皮帶機電機振動故障分析及處理

華電電力科學研究院有限公司 張 帥 吳崢峰 龐 樂 李 鵬 湖南華電長沙發電有限公司 張輝林

1 引言

火力發電廠輸煤系統是電廠的重要輔助系統，具有點多、線長、面寬的特點，輸煤皮帶機作為輸煤系統的重要組成部分，對機組的安全運行至關重要。輸煤皮帶機是一種利用摩擦驅動以連續方式運輸物料的機械工具。一般是由機架、輸送帶、托輥、滾筒、松緊裝置、傳動裝置、電機等各個部分組成。某電廠輸煤皮帶機，電機通過限矩型液力耦合聯軸器連接一臺減速機，經過減速機減速后，驅動輸煤皮帶輸送燃煤。電機型號YKK450-4，額定頻率50Hz，額定轉速1491r/min。減速機為兩級減速，型號B3SH12C，輸入轉速1500r/min，輸出轉速46.84r/min。

2 故障診斷分析

2.1 故障原因初步排查

某電廠輸煤皮帶機在運行過程中出現電機振動過大故障，嚴重影響發電機組安全運行。對電機—減速機—皮帶系統的振動情況進行綜合測試分析診斷及處理。

現場測試首先運用聽針檢查各部位軸承運行聲音，軸承部位無異音，進一步使用便攜式測振儀測量電機兩側及減速機部位振動通頻值，測量位置如圖1所示，共布置4個測點。

圖1 測點布置圖

在4個測點部位分別使用三軸向振動傳感器進行測量，測量通頻值列表如表1所示。對測得振動通頻值進行分析，電機測點部位水平和垂直方向振動通頻值高，且減速機測點部位振動通頻值明顯低于電機測點部位振動通頻值，說明限矩型液力耦合聯軸器很好的減弱了電機傳遞到減速機的振動。電機振動超標，判斷故障主要來源于電機部位。

表1 振動通頻值列表（單位：mm/s）

根據以上分析，排除減速機振動故障，使用測振表測量電機兩側軸承部位的振動位移值，軸承部位垂直方向和軸向振動位移較小，水平方向振動位移較大，并且水平方向振動位移存在較大波動。測試情況如表2所示，初步判斷電機為搖擺振動，需要進行進一步測試驗證。

表2 電機兩側軸承部位振動位移值列表（單位：μm）

對電機測點部位振動頻譜圖進行分析。圖2為電機非驅動側測點部位振動頻譜圖，圖3為電機驅動側測點部位振動頻譜圖，分析發現振動均以電機1倍頻為主，其他頻率成分幅值較低，并且未發現明顯的非整數倍頻成分。非驅動側水平方向1倍頻幅值達11.4mm/s，垂直方向1倍頻幅值4.89mm/s；驅動側水平方向1倍頻幅值達9.19mm/s，垂直方向1倍頻幅值5.19mm/s。

圖2 電機非驅動側振動頻譜圖

圖3 電機驅動側振動頻譜圖

對電機測點部位振動解調頻譜圖進行分析可得，電機兩側測點部位各頻率成分幅值均較低，如圖4及圖5所示。對電機測點部位振動解調波形圖進行分析可得，電機兩側測點部位沖擊值均較低，且無明顯沖擊尖峰出現，如圖6及圖7所示。綜合以上判斷電機兩側軸承無明顯故障，運行狀況良好。

圖4 電機非驅動側振動解調頻譜圖

圖5 電機驅動側振動解調頻譜圖

圖6 電機非驅動側振動解調波形圖

圖7 電機驅動側振動解調波形圖

對電機兩側測點部位的時域波形圖進行分析，電機非驅動側時域波形圖中水平方向波形為明顯的正弦波形，波形周期為電機轉動周期，波形振幅低，如圖8所示。電機驅動側時域波形圖波形無明顯周期性，波形振幅低，如圖9所示。綜合判斷僅在電機非驅動側存在輕微不平衡，初步判斷為風扇部位的殘余不平衡量，并且不平衡不是電機振動超標的主要原因[1]。

圖8 電機非驅動側時域波形圖

圖9 電機驅動側時域波形圖

綜合以上分析判斷，電機本身無明顯故障。

2.2 故障原因鎖定驗證

使用測振表沿電機一面自上而下，測量電機各部位水平方向振動位移，分為7個測量點，其中4點和5點分別為電機和臺板結合面上、下，其余各點間隔約20cm，2點高度與軸承平齊，測量位置分布如圖10所示。

圖10 電機自上而下振動位移測量點示意圖

分別在電機的驅動側和非驅動側測量，測量結果如下表3所示。

表3 電機兩側水平方向振動位移值列表（單位：μm）

鑒于非驅動側振動位移普遍高于驅動側振動位移，沿電機非驅動側臺板部位，測量各點垂直方向振動位移，測量位置如圖11所示，其中3點位于軸承正下方。測量結果如下表4所示。分析測量結果，5點位置振動位移明顯高于1點位置振動位移，2點位置振動位移最低，為4μm。

圖11 電機非驅動側臺板振動位移測量點示意圖

表4 電機非驅動側垂直方向振動位移值列表（單位：μm）

分析表3數據，可以發現水平方向振動位移由下向上增大明顯，并有大幅度波動，4點和5點振動位移相差不大，可以排除結合面松動的可能[2]。分析表4數據，可以發現東西兩側垂直方向振動位移存在明顯差異，且東側5點垂直振動明顯大于西側1點垂直振動，可以判斷電機基礎剛度不足，并且東西兩側剛度差異較大[3]。

綜上，輸煤皮帶機電機振動故障主要原因為電機基礎剛度差。對電機基礎結構設計進行分析，電機基礎為倒梯形鋼結構基礎，設計本身即存在剛度不足的缺陷，對電機基礎進行檢查，東側基礎下部有明顯銹蝕，且東側為空間狹小的陰暗面，遺留有掉落的煤粉和地面清潔遺留的水跡。判斷在設備長期運行過程中，基礎結構受腐蝕導致剛度下降，并且由于運行環境的差異，東側基礎剛度下降高于西側，導致電機振動超標，具體表現為東側垂直振動大于西側垂直振動，振動自下而上增大明顯。

3 改善方案及效果

根據診斷結果，對基礎進行加固。清理并打磨鋼結構基礎鐵銹，進行防腐處理，并在電機地腳部位制作模具后進行澆筑，增加基礎剛度。同時，澆筑基礎可以避免在之后的運行過程中，殘留的清潔用水對鋼結構的腐蝕，起到保護作用。電機振動在基礎加固后明顯下降，達到正常運行的標準。

4 診斷流程總結及建議

針對輸煤皮帶機電機振動故障，通過聽針判斷、振動位移測量及振動圖譜分析，排除軸承故障、對中不良、設備不平衡等其他方面的故障，將振動故障原因初步鎖定基礎剛度不足，再通過測量電機本體及基礎振動位移，運用比對的方法，驗證了電機基礎存在剛度不足的猜想，得到電機振動超標的主要原因，并提出了處理建議。

在電機或其他旋轉設備的安裝過程中，應盡量避免采用倒梯形等導致基礎部位懸空的結構，保證基礎下部有足夠的支撐強度。使用鋼結構基礎時，應對鋼結構進行防腐處理，避免長期處于潮濕環境中而導致結構因腐蝕剛度下降，并制定周期性檢查計劃確保防腐層能夠較好的保護鋼結構基礎不受腐蝕影響。