陳 洋 王正飛 朱海清

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司上海分公司,上海 200439;2.常熟市水利工程建設(shè)管理處,江蘇 常熟 215500)

立式X流道雙向泵站[1],配套立式電動機,直連傳動,水泵單向旋轉(zhuǎn)運行,由流道進出口閘門的啟閉切換實現(xiàn)雙向工況運行。

對中小型電機的安裝,分兩種情況:一是電機在生產(chǎn)廠家整體組裝后運至安裝現(xiàn)場[2],電機整體安裝完成,電機軸和水泵軸聯(lián)軸器連接為整體,再進行盤車;另一種是定、轉(zhuǎn)子分別運至現(xiàn)場,定子定位后,垂直抽穿安裝轉(zhuǎn)子[3],電機軸和水泵軸法蘭連接為整體。立式同步電機通常采用第二種方式安裝。

目前對于電機方面的研究多集中在泵站建成后出現(xiàn)的電氣設(shè)備故障上[4-6]。仇寶云等[7]提出過一種安裝過程中在定子內(nèi)直接測量調(diào)整轉(zhuǎn)子不圓度的方法?？傮w上對電機安裝方面的研究較少。本文針對某泵站安裝中電機定、轉(zhuǎn)子中心線不等高的情況,通過檢查、測量和分析,提出了可行的整改方案及措施,成功地解決了問題。

1 問題的提出

1.1 工程特點

立式X流道雙向泵站機組三維結(jié)構(gòu)見圖1。水泵的排澇、引水運行由流道上下兩層的4扇閘門的啟閉切換實現(xiàn)。泵站單泵流量10m3/s,泵組轉(zhuǎn)速187.5r/min,配套立式同步電動機,32極,功率560kW,半管道通風(fēng)冷卻。電機頂部配有葉片全調(diào)節(jié)機構(gòu),電機軸、水泵軸為空心軸。

圖1 泵站機組三維結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 電機安裝問題

為加快安裝周期,3臺機組同時進行安裝。3套上機架已吊入機坑(見圖2),由于3臺機組基礎(chǔ)土建施工存在毫米級的偏差,1號電機和2號電機的推力頭已套裝,安裝3號電機時推力頭套裝困難,才發(fā)現(xiàn)3臺電機均存在轉(zhuǎn)子下軸身段高出約10mm的問題(見圖3),導(dǎo)致上下油缸擋油板上端部接近推力頭內(nèi)部頂端,甚至出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象,安裝過程中在磁場中心滿足安裝規(guī)范的條件下無法進行盤車[8]。經(jīng)安裝單位和電機廠復(fù)測,確定為制造加工設(shè)計圖紙誤差,而在電機制造過程中,定子鐵芯壓裝定位不完全相同,為此3臺電機轉(zhuǎn)子下軸身段最大高出約10mm。

圖2 電機上下機架軸承安裝

圖3 電機轉(zhuǎn)子

2 方案分析

2.1 方案一:調(diào)整電機基礎(chǔ)滿足安裝要求

電機主軸在軸向方向相對位移約10mm,轉(zhuǎn)子中心線高出定子磁場中心線約10mm,由于電機主軸軸身長度不變,因此將電機基礎(chǔ)也就是定子安裝高程整體下調(diào)約10mm,水泵基礎(chǔ)和水泵葉輪中心安裝高程均可不變,電機梁基礎(chǔ)已定。此方案雖可進行機組安裝,但須開鑿降低電機基礎(chǔ)梁上表面約10mm,實施復(fù)雜、周期長,泵站運行產(chǎn)生的振動會傳遞到泵支撐體系——廠房結(jié)構(gòu),引起廠房結(jié)構(gòu)振動[9]。且電機定、轉(zhuǎn)子軸向仍不同心,存在約10mm偏差。

2.2 方案二:調(diào)整水泵基礎(chǔ)滿足安裝要求

由于電機主軸軸身長度不變,因此將水泵基礎(chǔ),包括擴散管、泵段整體結(jié)構(gòu)、水泵葉輪中心安裝高程均抬高約10mm,電機基礎(chǔ)安裝高程可不變。此方案雖可進行機組安裝,但須拆卸已安裝的水泵基礎(chǔ)后,重新安裝,實施更為復(fù)雜、周期長,且電機定、轉(zhuǎn)子軸向仍不同心,存在約10mm偏差。水泵淹沒深度減小與設(shè)計圖紙不符。

2.3 方案三:調(diào)整電機自身滿足安裝要求

電機、水泵基礎(chǔ)安裝均與土建圖紙相符,調(diào)整電機自身結(jié)構(gòu),以使定、轉(zhuǎn)子磁場中心線重合,同時使各高程與設(shè)計圖紙相符。結(jié)構(gòu)上僅需處理上下油缸擋油板上端部與推力頭內(nèi)部頂端卡阻問題,但性能上要不影響擋油的有效高度。水電工程中出現(xiàn)過一些大型電機軸承室甩油溢油問題[10-12],應(yīng)注意避免今后運行中出現(xiàn)甩油外溢。

2.4 利害分析

電機定、轉(zhuǎn)子錯位潛在危害如下:

a.電機運行時存在軸向磁拉力,可能會有定、轉(zhuǎn)子定位誤差累積效應(yīng)。

b.錯位導(dǎo)致電機有效鐵芯長度不足,通常當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵芯竄出定子鐵芯達一定長度時,電動機的三相空載電流將明顯增大,帶上負載后,電動機溫度增加。同時會發(fā)出不均勻的嗡鳴聲。

c.因定、轉(zhuǎn)子鐵芯錯位,電機通電后定、轉(zhuǎn)子會自動調(diào)整磁力中心線,機械力和電磁力形成作用力與反作用力,致使電機轉(zhuǎn)子軸向位置周期性振蕩,電機軸承支架一直受軸向力沖擊,潤滑脂流失加快軸承干磨燒損散架,導(dǎo)致電機抱軸燒毀[13]。

d.電機振動加劇,噪聲加大。

基于以上分析,須使定、轉(zhuǎn)子幾何磁場中心線調(diào)整對齊。

據(jù)現(xiàn)場反饋,當(dāng)前本項目3臺電機均已就位(其中兩臺電機推力頭已套裝),為最大限度地減少返工量(電機定、轉(zhuǎn)子均不返工,定子二次灌漿基礎(chǔ)面也無需調(diào)整),且現(xiàn)場具備切割擋油板的條件,最終確定方案三,即調(diào)整電機自身結(jié)構(gòu),切割擋油板方案。基于現(xiàn)場實際情況,通過調(diào)整抗重螺栓,確保定、轉(zhuǎn)子磁中心重合。根據(jù)立式軸泵機組安裝規(guī)范要求,轉(zhuǎn)子磁場中心要低于定子磁場中心。為了滿足這一要求,安裝過程中必須向下調(diào)節(jié)推力瓦高度,抗重螺栓與地板螺孔有效連接絲牙減少[14]。調(diào)整完畢后,每個抗重螺栓與承重板之間的有效螺紋配合量為31mm,該配合量足以保證抗重螺栓有效承擔(dān)機組運行時的最大軸向推力。經(jīng)專家論證,該項目電機的機架適用于磁極極數(shù)為12～40P的立式電機,對應(yīng)轉(zhuǎn)速為500～150r/min,而本項目電機轉(zhuǎn)速為187.5r/min,與適用于12～24P極數(shù)的立式電機機架開發(fā)時的邊界條件500r/min相比,防甩油有安全裕度空間,因此,建議可軸向減少7mm擋油板高度。

3 問題最終處理

3.1 實施方案

具體整改方案如下:

a.拆卸已經(jīng)套裝的兩個推力頭,將3套上機架吊出機坑(定位銷、把合螺栓合理拆卸和保管),對上機架擋油板軸向打磨掉7mm,打磨前,對油槽進行有效防護,避免鐵屑掉入油槽,帶來二次清理的問題;打磨過程中,應(yīng)避免擋油板變形;打磨完畢,清理干凈后,按此前定位標(biāo)記,將上機架吊入機坑復(fù)位。電機上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)見圖4(a)。

圖4 電機上下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

b.參照上機架打磨方案,對機坑內(nèi)的下機架擋油板軸向進行打磨,打磨量同樣為7mm。電機下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)見圖4(b)。

c.打磨減小了擋油板高度,利用擋油板與推力頭的空間余量,可提升轉(zhuǎn)子磁極中心掛裝高程,使定、轉(zhuǎn)子幾何中心線完全重合,滿足轉(zhuǎn)子磁極高度允許偏差為±1.5mm,轉(zhuǎn)子磁極中心掛裝高程允許偏差為±1.0mm要求,使產(chǎn)品恢復(fù)為滿足工程設(shè)計圖紙安裝高程要求的軸伸尺寸,達到電機定、轉(zhuǎn)子磁中心重合的規(guī)范要求。

3.2 整改方案實施效果

整改方案成功解決了水泵電機的安裝問題,符合電機定、轉(zhuǎn)子磁中心重合的規(guī)范要求。經(jīng)試運行檢驗,未發(fā)生甩油溢油現(xiàn)象。試運行期間電動機電流、電壓、功率、定子線圈溫度及電動機振動、噪聲等技術(shù)參數(shù)測試均滿足設(shè)計、規(guī)范要求。?環(huán)境溫度33℃,電動機定子線圈溫度最高為3號機組的59℃(報警溫度125℃) ,推力瓦溫度最高為2號、3號機組的33℃(報警溫度55℃),上導(dǎo)軸承溫度最高為2號機組的40℃(報警溫度75℃),下導(dǎo)軸承溫度最高為2號機組的42℃(報警溫度75℃);?3臺機組水平振動最大為 0.005mm,垂直振動0.017mm(規(guī)范限值0.03mm),振動較小;?電機噪聲在79.2dB以下,水泵層噪聲在89.4dB以下(電機風(fēng)道風(fēng)機開啟時)。

4 結(jié) 語

本文介紹了某立式X流道雙向泵站配套電機安裝過程中推力頭卡阻問題的處理方法、過程和結(jié)果,對類似工程機組安裝及同步電機生產(chǎn)設(shè)計均有借鑒和指導(dǎo)意義。大中型立式同步電機上下軸承更適合采用滑動軸承,定、轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝過程是對設(shè)備的再一次尺寸核驗;電機雖然出廠測試性能達標(biāo),但在電機制造過程中,定子鐵芯壓裝定位或轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)軸定位臺階尺寸錯誤、誤差疊加,均會導(dǎo)致整機裝配后定子與轉(zhuǎn)子錯位,制造廠需注意并滿足定子與轉(zhuǎn)子、推力頭、擋油板等關(guān)鍵部件尺寸配合準(zhǔn)確;在結(jié)構(gòu)允許的情況下,擋油板高應(yīng)設(shè)置得盡可能地高,有效避免甩油溢油現(xiàn)象。