劉小春

摘 要 大型空冷高壓電機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造維修方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。大型空冷高壓電機(jī)內(nèi)部冷卻風(fēng)扇是保證電機(jī)穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行的重要部件。文章通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)電機(jī)股份有限公司制造的YTM710-6G高壓電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇頻繁斷裂的原因分析，從設(shè)計(jì)、焊接、試驗(yàn)、運(yùn)行等角度進(jìn)行加以了改進(jìn)。從而有效的杜絕了同型號(hào)電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇斷裂故障的發(fā)生，取得了良好運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 高壓電機(jī)；內(nèi)風(fēng)扇；斷裂

中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0163-02

野馬寨發(fā)電有限公司磨煤機(jī)電機(jī)系沈陽(yáng)電機(jī)股份有限公司制造。電機(jī)型號(hào)為YTM710-6G，額定功率1400 kW，額定電壓6 kV，轉(zhuǎn)速990 r/min。電機(jī)和磨煤機(jī)減速箱采用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。電機(jī)冷卻方式為IC611，空—空冷卻。該電機(jī)端部安裝一個(gè)離心式同軸風(fēng)扇，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)由該風(fēng)扇形成電機(jī)內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)，交換定子線圈和鐵芯產(chǎn)生的熱量。內(nèi)部空氣循環(huán)通過(guò)和電機(jī)空冷器進(jìn)行熱交換達(dá)到對(duì)電機(jī)冷卻的作用。由于該風(fēng)扇安裝在電機(jī)負(fù)荷側(cè)，與電機(jī)端部線圈的距離只有15 cm，中間安裝有玻璃鋼導(dǎo)風(fēng)板，運(yùn)行中內(nèi)風(fēng)扇斷裂或脫落，極易引起內(nèi)風(fēng)扇與電機(jī)端部線圈的摩擦，導(dǎo)致電機(jī)燒毀。自2008年7月至2011年1月，期間共計(jì)發(fā)生內(nèi)風(fēng)扇斷裂導(dǎo)致風(fēng)扇脫落、電機(jī)端部絕緣受損、電機(jī)燒毀等異常事件共計(jì)7次，直接經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)48萬(wàn)余元，且不同程度的影響機(jī)組接帶負(fù)荷。

在內(nèi)風(fēng)扇斷裂問(wèn)題未得到根治前，磨煤機(jī)內(nèi)風(fēng)扇的隱患一直嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 內(nèi)風(fēng)扇斷裂的原因分析

2010年針對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)風(fēng)扇頻繁斷裂問(wèn)題，野馬寨發(fā)電有限公司成立了攻關(guān)小組，聯(lián)系沈陽(yáng)電機(jī)股份有限公司和湘潭電機(jī)股份有限公司等廠家專家到現(xiàn)場(chǎng)分析風(fēng)扇的斷裂原因，對(duì)斷裂風(fēng)扇的焊接質(zhì)量和金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了金相檢查。通過(guò)對(duì)內(nèi)風(fēng)扇斷裂原因的深入分析，從內(nèi)風(fēng)扇材質(zhì)選用，風(fēng)扇固有頻率測(cè)試、風(fēng)扇焊接工藝、風(fēng)扇動(dòng)靜平衡和電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況進(jìn)行分析，找出內(nèi)風(fēng)扇斷裂的一些因素。

1）材質(zhì)結(jié)構(gòu)。電機(jī)原內(nèi)風(fēng)扇采用Q235鋼板，風(fēng)扇環(huán)板6 mm厚、傘形罩板4 mm厚、風(fēng)扇葉片4 mm厚，風(fēng)扇的質(zhì)量54.5 kg，內(nèi)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由5.62 kg·m2。由于Q235鋼板屬于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，塑性和韌性較差。用這種材料制成的焊接結(jié)構(gòu)，受動(dòng)力載荷作用時(shí)接頭容易出現(xiàn)裂縫。另外由于電機(jī)風(fēng)扇的葉片采用了梯形葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)中，空氣和葉片產(chǎn)生應(yīng)力會(huì)集中在風(fēng)扇的焊口部位，容易導(dǎo)致風(fēng)扇開(kāi)焊。見(jiàn)圖1。

圖1 磨煤機(jī)電機(jī)內(nèi) 圖2 焊接不良導(dǎo)致的

風(fēng)扇斷裂部位 開(kāi)焊部位

2）焊接工藝。對(duì)于Q235鋼板的焊接，原內(nèi)風(fēng)扇廠家采用的是普通的手工電弧焊進(jìn)行焊接，焊條采用J507焊條。焊接質(zhì)量不良，部分風(fēng)扇的焊口處存在未焊滿和夾雜的情況。從部分開(kāi)裂的風(fēng)扇來(lái)看，裂紋都是集中在風(fēng)扇的焊接接頭處，所以焊接質(zhì)量不良是內(nèi)風(fēng)扇斷裂的重要原因。見(jiàn)圖2。

3）風(fēng)扇固有頻率。通過(guò)錘擊擊振法在湘潭電機(jī)集團(tuán)修造分廠對(duì)原內(nèi)風(fēng)扇進(jìn)行了固有頻率的測(cè)試，測(cè)得原內(nèi)風(fēng)扇最低固有頻率為103.6 Hz，接近轉(zhuǎn)速電磁頻率（50 Hz）及其倍頻（100 Hz）容易發(fā)生共振，風(fēng)扇發(fā)生共振后很容易導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件的疲勞，從而引起風(fēng)扇斷裂。

4）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件。從現(xiàn)場(chǎng)斷裂的內(nèi)風(fēng)扇的電機(jī)運(yùn)行狀況來(lái)分析，電機(jī)風(fēng)扇發(fā)生斷裂之前電機(jī)各部的振動(dòng)有變大的情況，特別是電機(jī)的軸向振動(dòng)烈度存在明顯超標(biāo)的情況，部分電機(jī)的振動(dòng)烈度達(dá)到了10 mm/s，電機(jī)軸向力過(guò)大容易引起風(fēng)扇的緊固螺栓磨損和斷裂，導(dǎo)致風(fēng)扇在運(yùn)行中產(chǎn)生軸向擺動(dòng)引起風(fēng)扇焊接結(jié)構(gòu)斷裂或者風(fēng)扇脫落。

2 內(nèi)風(fēng)扇的改進(jìn)措施

2.1 風(fēng)扇材質(zhì)選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）風(fēng)扇材料的修改：原來(lái)風(fēng)扇使用Q235的鋼板，改造后的風(fēng)扇使用16Mn鋼板。

2）風(fēng)扇葉片的結(jié)構(gòu)由原來(lái)的梯形葉片結(jié)構(gòu)，變更為刀式結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的葉片設(shè)計(jì)減少了空氣力作用于葉片傘形罩板焊接口的應(yīng)力。

3）風(fēng)扇尺寸修改：將風(fēng)扇環(huán)板由6 mm加厚至10 mm，傘形罩板由4 mm增厚至6 mm，風(fēng)扇葉片厚度由4 mm增厚至

6 mm，風(fēng)扇的質(zhì)量由54.5 kg增加至79 kg，內(nèi)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由5.62kg·m2增加至8.65 kg·m2。新設(shè)計(jì)風(fēng)扇增加了風(fēng)扇結(jié)構(gòu)件的板材厚度，主要是考慮提高風(fēng)扇的整體剛度、增加風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和固有頻率、減少轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力。

2.2 焊接工藝及質(zhì)量保證

1）對(duì)于16Mn鋼板的焊接采用埋弧焊，焊絲選用H10Mn2SiA低碳結(jié)構(gòu)鋼鍍銅埋弧焊絲。

2）焊接前對(duì)焊接板件進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為100度。

3）焊接完成后為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時(shí)間為2小時(shí)，降溫速度為125℃/h 。

4）焊接完畢后需要對(duì)焊口進(jìn)行外觀檢查及金相探傷檢查，確保焊縫焊接質(zhì)量。焊縫周圍板材無(wú)裂紋。

2.3 風(fēng)扇相關(guān)試驗(yàn)

1）內(nèi)風(fēng)扇的動(dòng)平衡：原風(fēng)扇先做風(fēng)扇靜平衡，風(fēng)扇套在電機(jī)轉(zhuǎn)子上后再做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，并在風(fēng)扇上加配重。新設(shè)計(jì)的風(fēng)扇先做轉(zhuǎn)子未套風(fēng)扇的動(dòng)平衡，在點(diǎn)擊轉(zhuǎn)子端部加配重，然后在套上新制內(nèi)風(fēng)扇做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，在風(fēng)扇上加配重。通過(guò)新的動(dòng)平衡試驗(yàn)消除了因轉(zhuǎn)子不平衡作用在風(fēng)扇上的作用力。

2）對(duì)內(nèi)風(fēng)扇的最低固有頻率測(cè)試為125.2 Hz，避開(kāi)了轉(zhuǎn)速電磁頻率（50 Hz）及其倍頻（100 Hz）不會(huì)發(fā)生共振，風(fēng)扇開(kāi)裂幾率大大降低。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)安裝及運(yùn)行工況

1）風(fēng)扇的安裝配合改進(jìn)：新制內(nèi)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)配合為過(guò)盈0.05 mm，風(fēng)扇螺母緊固措施更改為防松止動(dòng)墊圈加鎖緊螺母。endprint

2）新風(fēng)扇安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上后端面的軸向偏擺控制在3 mm之內(nèi)。

3）電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)負(fù)載端的軸向振動(dòng)烈度控制在2.8 mm/s之內(nèi)，帶機(jī)械部分運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載端得軸向振動(dòng)烈度控制在4.5 mm/s之內(nèi)（水平和垂直的振動(dòng)烈度均控制在合格范圍內(nèi)）。

2.5 維護(hù)和檢查

1）做好電動(dòng)機(jī)的定期巡視檢查工作，保證電機(jī)的運(yùn)行工況機(jī)械部分運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載端的軸向振動(dòng)烈度控制在4.5 mm/s之內(nèi)（水平和垂直的振動(dòng)烈度均控制在合格范圍內(nèi)）。

2）利用機(jī)組停運(yùn)檢修的機(jī)會(huì)及時(shí)吊開(kāi)電動(dòng)機(jī)冷卻器，檢查內(nèi)風(fēng)扇是否存在明顯的裂紋。

3）電機(jī)解體大修中要對(duì)內(nèi)風(fēng)扇焊接部位進(jìn)行金屬探傷

檢查。

3 效果檢查

2010年5月下旬新設(shè)計(jì)的內(nèi)風(fēng)扇在送至湘潭電機(jī)股份有限公司修理的野馬寨發(fā)電有限公司2號(hào)爐B磨煤機(jī)電機(jī)上進(jìn)行了整機(jī)的動(dòng)平衡、最低固有頻率測(cè)試和空載試運(yùn)轉(zhuǎn)。新風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)負(fù)載端的軸向振動(dòng)烈度為1.5 mm/s，其他部位的水平和垂直的振動(dòng)烈度均控制在合格范圍內(nèi)。該電機(jī)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后裝復(fù)至1號(hào)爐B側(cè)磨煤機(jī)處運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載運(yùn)行時(shí)的負(fù)載端的軸向振動(dòng)烈度控制在了3.2 mm/s之內(nèi)，低于控制目標(biāo)值運(yùn)行。

2010年6月至7月間又訂購(gòu)了5套改進(jìn)的風(fēng)扇對(duì)野馬寨發(fā)電有限公司其他的5臺(tái)磨煤機(jī)電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇逐步進(jìn)行了更換，完成了該公司全部6臺(tái)磨煤機(jī)電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇改造。期間加強(qiáng)了對(duì)改造風(fēng)扇的磨煤機(jī)電機(jī)的運(yùn)行檢修維護(hù)處理工作，確保其運(yùn)行中的振動(dòng)烈度在可控的范圍之內(nèi)。2010年12月、2011年2月、2011年5月該公司已先后完成了3、1、2號(hào)機(jī)組的A級(jí)檢修任務(wù)，在對(duì)已改造風(fēng)扇的磨煤機(jī)電機(jī)解體大修中，對(duì)新制的內(nèi)風(fēng)扇進(jìn)行了仔細(xì)的檢查和焊接面的金相探傷檢查工作，均未發(fā)現(xiàn)有風(fēng)扇斷裂和開(kāi)焊情況的發(fā)生。從近兩年的運(yùn)行情況看來(lái)本次針對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)風(fēng)扇的技術(shù)改進(jìn)取得了較好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的內(nèi)風(fēng)扇剛度和固有頻率都得到了明顯的提高，并避開(kāi)了轉(zhuǎn)速電磁頻率及倍頻，不會(huì)發(fā)生共振，風(fēng)扇的動(dòng)強(qiáng)度和壽命都得到了提升。但是引起內(nèi)風(fēng)扇斷裂的原因并不是單純的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題，機(jī)械旋轉(zhuǎn)設(shè)備一定要認(rèn)真監(jiān)測(cè)好各部位的振動(dòng)值，保證設(shè)備運(yùn)行轉(zhuǎn)在健康狀況下。并且，要定期對(duì)內(nèi)風(fēng)扇檢查，對(duì)風(fēng)扇的運(yùn)行狀況做到心中有數(shù)，確保電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，從根本上杜絕磨煤機(jī)電機(jī)內(nèi)風(fēng)扇斷裂引起的電機(jī)燒毀事件的發(fā)生，為企業(yè)安全生產(chǎn)的穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]程福秀，林金銘.現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]魏永田，孟大偉，溫嘉斌.電機(jī)內(nèi)熱交換[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3]JB/T 7128-2007 YTM、YHP、YMPS系列磨煤機(jī)用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員.endprint