摘要：某厂2&3号机组SEC系统的6台重要厂用水泵电机（2/3SEC001-004MO）由佳木斯电机股份有限公司供货。重要厂用水泵组是将设备冷却水系统热量输送到最终热阱大海的动力来源。在使用过程中，4台电机均产生不同程度的振动值超标缺陷，且历经多次调整（包括更换支撑法兰垫片、支撑法兰机加工、增设临时支撑等措施）后，振动故障仍未消除，影响了设备的安全可靠运行。
关键词：厂用水泵；电机振动故障；处理
重要厂用水泵的机械组合常见故障主要有轴承发热、泵体严重振动、动力控制不足、出水不畅、中途停水、转子断条、电机不同步、定子绕组匝间短路等电气类故障。水泵组件的主体功能主要依靠转子的旋转动作达成，因此，转子才是水泵组件最重要的部分，重要厂用机组振动的信号能够及时地传输检测到的绝大多数故障。机组设备运转过程中出现降低甚至丧失自身部分工作能力不足以继续运转的现象即可认定为设备故障。水泵工业运行中常见故障主要有四类，分别是轴封故障、性能故障、机械故障还有磨损和腐蚀现象。这些常见故障类型往往密切相关，影响维修定性判断。例如轴封损坏同时会引起机械性能方面的故障，无独有偶，性能故障和机械故障也可能是叶轮部件的磨损和腐蚀。
1机组电机转子故障特点
1.1转子不平衡
机组作业时水泵转子容易出现故障，常见转子不平衡的原因是部件质量偏离重心，比如材料质地不均匀、运动过程中转子有腐蚀部分、一些零部件松动偏离既定位置等。此外，转子初始设置的弯曲程度和联轴器放置不平衡等情况也可能会引起机组转子运转不平衡[1]。
转子松动偏离既定位置一般是指机组系统结合缝隙面的间隙或者连接刚性程度不足导致机械组合的阻力抵抗力低、运转过程中振动幅度偏大。由于既定位置的偏离，机组工作过程中非常细微的不平衡都会伤害系统运转，给机组带来大幅度的振动。
1.2转子不对中
转子部件不对中问题也是较为常见的作业故障，诸多部件之间相互有阻挡摩擦都与机组转子不对中有紧密的关系，其中轴承连结处不对中最常见的是出现在电机与水泵之间，这种故障主要类型有平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中。
在实际的机组工程实施过程中，施工者面临的大多数情况是机组各个转子的轴线之间既存在径向变化又存在偏角变化，这种两个角度的变化相当于在机组联轴器的轴承上附加了两倍基准频率的径直方向作用力，从而使得机组转子发生直径方向和轴承方向的振动。由于轴承不对中造成故障反应的是轴承坐标位置和转子左右位置的偏离，不仅会改变轴颈和轴承的相对位置，同时也会改变水泵机组轴承系统的原本效率。机组中负荷较大的关键位置轴承不对中在一些情况下会发生高频率的波形振动。
2重要厂用水泵电机故障原因分析与处理方案
2.1初步检查
根据设备故障表现，对3SEC002MO进行初步检查：
（1）电机轴承润滑良好；
（2）检查地脚螺栓力矩，满足要求且未存在虚脚；
（3）检查支座法兰水平度，满足要求；
（4）电机支架支撑点位置不在基座上。
此外，在线调整过程中发现，在剩下一颗螺栓不把紧的情况下振动为2.3mm/s，用手稍微把紧该螺栓，振动立即上升到超过5mm/s。结合第3、4条，初步判断设备支架刚性可能存在不足。
2.2频谱分析
重要厂用水泵电机转速为985rpm。
采用EMERSONCSI2130机械状态分析仪获取泵的频谱图，发现故障方向振动频率为1倍频。
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2.3原因分析
设备振动超标方向主要表现为1倍频振动，且支架一阶固有频率为16.9Hz，与1倍频接近，故推断振动超标的原因可能为：
（1）转子不平衡；
（2）不对中；
（3）基础刚性不足、共振。
电机出厂前有进行动平衡试验，可排除原因1；4台设备同时出现振动超标，且在线调整过程中曾经出现振动合格，原因1、2可能性不大。
结合初步检查时的发现，基本断定电机支架刚性不足存在共振是导致设备振动超标的根本原因。
3处理措施及效果
3.1处理措施
虽然水泵电机绕组电气绝缘性能良好，可以对铁心进行保守的局部性修整，不会影响水泵电机正常运行，但铁心紧力不足的隐患无法彻底消除。最后针对铁心倒齿的故障决定整体更换定子绕组及定子铁心，彻底消除定子铁心隐患。重新加工制作导轴承并更换，检查并修复止推盘，正、反向止推垫，导轴承套，恢复原有精度，更换盖端石墨缠绕垫以及所有密封件和密封垫。
a.电机绝缘性能改进。该水泵电机原有定子绕组线芯较细，电磁设计的电流密度和热负荷取值偏高，绕组线容易老化，造成水泵电机的绝缘寿命达不到原有设计要求。针对这种情况，在该次检修中，将定子绕组的线芯直径由3.0mm提高到3.6mm，使该电机的电流密度和热负荷大大降低。
b.穿线和接头工艺的改进。该型号水泵电机生产厂家在嵌线过程中，绕组线划伤、摩擦凹痕等绝缘损伤是比较普遍的现象。针对此种情况，在该次检修中，采用了无轴向扭转减磨穿线法，大大减少了绕组线的绝缘损伤，并提高了导线的清洁度。接头工艺采用了先进的EPR乙丙自粘高压自硫化橡胶带作为密封绝缘。这两项工艺改进提高了电机运行的可靠性。
c.定子绕组的结构采用双单层四平面式定子绕组，此种绕组方式较原绕组结构有更多的水流通道、更好的冷却条件，可延长绕组的使用寿命。为了防止绕组线绝缘层磨损，在该次检修中，在定子槽内增加了槽绝缘。
d.针对导轴承的损坏修理，对导轴承进行改造。改进导轴承结构，加工改造泵侧导轴承座和盖侧导轴承座。重新制作并更换泵侧导轴承、泵侧轴颈衬套、盖侧导轴承和盖侧轴颈衬套。新的导轴承采用圆筒一体式导轴承结构，降低导轴承PV取值，加长导轴承长度。导轴承非金属承磨面使用耐磨性能较好的混杂纤维自润滑复合材料制作。从而有效的解决了导轴承损坏问题。
e.反转开关检查分析
进一步检查发现，反转开关电缆已被磨损致金属芯线外露。
（1）原因分析。因电缆所在罩壳安装时，未注意将电缆压缩弯曲，使得电缆与电机轴头摩擦，并最终导致电缆皮层磨损掉落。
（2）影响分析。3CRF101SZ电缆磨损致金属芯外露，使得电缆出现短时接地导致电源模块过载达到临界值，引起电源模块输波动，进而引起同一供电回路的所有探头异常波动。
3.2处理效果
水泵电机改进检修工艺后，投入运行，各项参数正常，振动值1.6mm/s，电机声音正常，各部温度正常。
4 结语
总之，水泵电机经过解体检修，成功消除了水循环泵电机运行中异音和振动大的隐患，在检修过程中，对检修工艺采取了改进措施，通过提高绕组线径，改进绕组穿线和接头工艺，同时采用更合理的绕组结构，大大提升了水泵电机的电气性能。同时对水泵电机导轴承进行改造，采用圆筒一体式导轴承结构，从而有效的解决了导轴承损坏问题，提升了水泵电机的机械性能。通过绝缘性能和机械性能的提升，提高了水循环泵电机运行的可靠性，保证了机组安全稳定运行。
参考文献：
[1]申甲斌.常见三种机械松动的振动频谱分析[J].中国设备工程，2008（02）：52-55.
[2]张来斌，王朝晖，张喜廷，等.机械设备故障诊断技术及方法[M].北京：石油工业出版社，2000.
[3]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007.
[4]徐敏，等.设备故障诊断手册——机械设备状态监测和故障诊断[M].西安：西安交通大学出版社，1998.
[5]黄志坚，高立新，廖一凡，等.机械设备振动故障检测与诊断[M].北京：化学工业出版社，2010.
论文作者:魏高峰,杨利聪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/25
标签：电机论文; 绕组论文; 轴承论文; 转子论文; 水泵论文; 机组论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第15期论文;