軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)振動(dòng)故障處理_wgjs

1、一起軋鋼主傳動(dòng)電機(jī)振動(dòng)故障處理經(jīng)過的回顧丁學(xué)杰 作者簡(jiǎn)介:丁學(xué)杰,1961,湖北武漢人,高級(jí)工程師 陶桂林（武漢鋼鐵集團(tuán)公司熱軋廠 430083 武漢）摘 要 振動(dòng)是電機(jī)的常見故障之一，本文結(jié)合我廠一起軋鋼主傳動(dòng)電機(jī)振動(dòng)故障的處理經(jīng)過，對(duì)電機(jī)振動(dòng)故障的分析方法和處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞 軋鋼 電機(jī) 振動(dòng)故障 軋鋼主傳動(dòng)電機(jī)是鋼鐵企業(yè)的關(guān)鍵動(dòng)力設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，還關(guān)系到鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效益能否實(shí)現(xiàn)。隨著冶金自動(dòng)化水平的提高，鋼鐵企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性和設(shè)備的穩(wěn)定性都提出了很高的要求。作為鋼廠核心設(shè)備的的軋機(jī)出現(xiàn)任何非正常停機(jī)都將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。我廠的R2初軋機(jī)是一臺(tái)

2、由雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可逆軋機(jī),上下軋輥電機(jī)的容量和驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)完全相同。××年7月，R2軋機(jī)的上輥電機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)和巨大響聲，同時(shí)伴有整流子打火等異?，F(xiàn)象。本文將介紹這起電機(jī)振動(dòng)故障的特點(diǎn)，以及故障分析和處理的前后經(jīng)過。1電機(jī)基本情況與振動(dòng)故障的特點(diǎn)R2軋機(jī)的兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均由日本東芝公司于1975年制造，故障出現(xiàn)前電機(jī)一直正常運(yùn)行。該電機(jī)設(shè)計(jì)容量5000kW，電樞額定電壓：750V，額定電流：7250A，勵(lì)磁電壓：500V，勵(lì)磁電流:307A，額定轉(zhuǎn)矩:122kN.m，額定轉(zhuǎn)速：40r/min，最大轉(zhuǎn)速65 r/min，電機(jī)極數(shù)：18，軋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。圖1 電機(jī)與軋輥聯(lián)

3、接示意圖××年7月在電機(jī)日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，R2軋機(jī)在軋鋼時(shí)上輥傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的振動(dòng)和巨大的響聲。進(jìn)一步觀察還發(fā)現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子存在較明顯的軸向竄動(dòng)、同時(shí)伴隨整流子打火等異?，F(xiàn)象。憑經(jīng)驗(yàn)，這是軋機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的較為嚴(yán)重的振動(dòng)故障。由于電機(jī)與軋輥之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，故障出在軋機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還是電機(jī)本身一時(shí)難以判斷。為迅速找到振動(dòng)根源，我們多方面入手，對(duì)引起軋機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)的因素進(jìn)行了排查。2軋機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)故障的排查引起軋機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)的原因很多,文獻(xiàn)13顯示軋機(jī)本身的機(jī)械系統(tǒng)、電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的、電機(jī)的電磁性能改變、以及電機(jī)基礎(chǔ)性狀的變化都有可能造成軋機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)。為盡快查出振動(dòng)的起因，我廠立即向電機(jī)

4、制造商-東芝公司發(fā)出了咨詢，該公司迅速安排技術(shù)人員對(duì)R2上輥電機(jī)振動(dòng)情況進(jìn)行了診斷。由于時(shí)間限制，日方懷疑電樞升高片和電樞均壓線可能有開裂、斷線現(xiàn)象。由于日方判斷未得到確認(rèn)，因此未敢貿(mào)然進(jìn)行停機(jī)檢修，同時(shí)為將故障造成的損失降到最低，我們一邊安排電機(jī)減負(fù)荷生產(chǎn)，一邊加緊對(duì)引起軋機(jī)振動(dòng)的因素，包括日方提出的因素，進(jìn)行了測(cè)試排查。21系統(tǒng)振動(dòng)的特性分析通過記錄電機(jī)電壓、電流波形，我們發(fā)現(xiàn)上輥電機(jī)的電壓、電流均存在振蕩現(xiàn)象。從電流波形觀察，在軋鋼過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈,電流波動(dòng)18次, 與電機(jī)極數(shù)相同，在每次波動(dòng)中有4個(gè)左右的小脈動(dòng)。為了解振動(dòng)與軋機(jī)機(jī)構(gòu)和電機(jī)的相互關(guān)系，以不同速度為參考，折算成電機(jī)

5、轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流振蕩次數(shù)如下表1所示。 表1.以不同參考對(duì)象測(cè)試的振動(dòng)特性參 考 對(duì) 象電流振蕩次數(shù)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周電流的振蕩次數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min)277.516.663610.016.664813.516.87軋機(jī)線速度（m/s）1.537.518.42.0810.018.13.0013.516.9 從上述數(shù)據(jù)來(lái)看，無(wú)論才用何種速度作參考，電機(jī)電流的振蕩都與電機(jī)的極數(shù)存在較強(qiáng)的相關(guān)性，這說(shuō)明系統(tǒng)的振動(dòng)與電機(jī)有某種關(guān)系，但這有待通過其它手段進(jìn)一步確定。 22電磁因素的靜態(tài)檢測(cè)為排除振動(dòng)與控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系，我們將上下輥電機(jī)的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)互換，發(fā)現(xiàn)上輥電機(jī)振動(dòng)故障依然存在,這說(shuō)明電

6、機(jī)振動(dòng)與控制系統(tǒng)無(wú)關(guān)，于是我們又對(duì)電機(jī)的電氣參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。（1）電樞直流電阻檢查：上半圓中的9個(gè)主極，單個(gè)測(cè)量阻值均為0.0683, 9個(gè)主極串聯(lián)阻值為0.6205。受檢測(cè)條件限制，下半圓的9個(gè)主極與上半圓的9個(gè)主極并聯(lián)阻值為0.3119。按電阻串并聯(lián)公式計(jì)算復(fù)核，各主磁直流電阻均正常。 （2）電樞交流電抗檢查：上半圓中的9個(gè)主極單個(gè)測(cè)量時(shí)，分別加上交流50V電壓，電流表讀數(shù)均為5.25A；上下兩個(gè)半圓的9個(gè)主極均按串聯(lián)連接，加上交流250V電壓，上下兩組相同，電流表讀數(shù)均為2.85A。交流電抗檢查的結(jié)果表明主磁極的電參數(shù)正常。 （3）片間耐壓檢查。根據(jù)電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)，相鄰的三片整流子為一個(gè)

7、單元，每單元內(nèi)兩個(gè)繞組的脈沖響應(yīng)應(yīng)相同，若匝間發(fā)生短路或開路，兩者波形會(huì)出現(xiàn)明顯差異。用RZJ-15型匝間耐壓測(cè)試儀對(duì)R2上輥電機(jī)繞組進(jìn)行片間耐壓試驗(yàn)，結(jié)果換向器圓周990片整流子響應(yīng)波形相同，電機(jī)繞組無(wú)匝間短路或開路故障。 （4）電機(jī)氣隙檢查：檢查結(jié)果反映電機(jī)氣隙均勻度符合規(guī)定。 通過上述檢查分析，我們未發(fā)現(xiàn)電機(jī)存在電氣方面的問題。23電機(jī)基礎(chǔ)的測(cè)試為了解電機(jī)的基礎(chǔ)情況,我廠特委托武漢冶金工業(yè)部建筑研究總院,對(duì)R2電機(jī)基礎(chǔ)的動(dòng)力參數(shù)、混凝土強(qiáng)度和振動(dòng)的性狀三方面進(jìn)行測(cè)試?；A(chǔ)的動(dòng)力參數(shù)測(cè)試結(jié)果顯示：電機(jī)基礎(chǔ)的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)都正常，這表明基礎(chǔ)的抗壓、抗剪、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)能力在正常范圍之內(nèi)，電

8、機(jī)基礎(chǔ)沒有產(chǎn)生共振?；A(chǔ)混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果顯示混凝土強(qiáng)度達(dá)30MPa，電機(jī)基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)較好。圖2 振幅測(cè)點(diǎn)布置示意圖為深入了解上輥電機(jī)的振動(dòng)情況，對(duì)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子和基礎(chǔ)的振幅、振頻進(jìn)行了定量測(cè)量，測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。為便于比較，同時(shí)對(duì)下輥電機(jī)的振動(dòng)也進(jìn)行了測(cè)量，表25是上、下輥電機(jī)振動(dòng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。表2 上下輥電機(jī)定子振幅（m）電機(jī)振動(dòng)方向垂直向水平x向水平y(tǒng)向上輥定子19.5517.1637.51基礎(chǔ)3.822.656.5下輥定子1.992.415.08基礎(chǔ)0.960.960.96表3 上下輥電機(jī)轉(zhuǎn)子振幅（m）電機(jī)振動(dòng)方向垂直向水平x向水平y(tǒng)向上輥轉(zhuǎn)子2.822.662.37基礎(chǔ)2.292.121

9、.76下輥轉(zhuǎn)子1.202.427.62基礎(chǔ)0.930.930.93從表2、表3的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，上、下輥電機(jī)的基礎(chǔ)的振幅以及轉(zhuǎn)子的振幅都比較接近，而兩臺(tái)電機(jī)定子的振幅卻相差810倍；上輥電機(jī)定子的振幅與電機(jī)基礎(chǔ)的振幅相差約46倍，這都說(shuō)明上輥電機(jī)的振動(dòng)來(lái)自于電機(jī)的定子。表4上輥電機(jī)定子振動(dòng)數(shù)據(jù)(m)振動(dòng)方向測(cè)點(diǎn)12345A軸垂直向定子14.526.7319.5520.1613.35基礎(chǔ)2.074.143.824.773.74B軸垂直向定子9.0526.6421.6524.049.19基礎(chǔ)2.745.565.405.811.98從表4來(lái)看，定子A軸機(jī)架與基礎(chǔ)的振幅相差610倍， B軸機(jī)架與基礎(chǔ)的振

10、幅相差也有46倍。通過與基準(zhǔn)點(diǎn)的振動(dòng)比較，發(fā)現(xiàn)A、B軸機(jī)架的振動(dòng)相位正好相反，這表明上輥電機(jī)的定子在作搖擺振動(dòng)。上述測(cè)量結(jié)果表明軋機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)實(shí)際是電機(jī)定子的振動(dòng)，其原因可能是定子振動(dòng)過大或者電機(jī)定子錨固不良。表5振動(dòng)頻譜表（單位:Hz，-:無(wú)）位 置定 子轉(zhuǎn) 子基 礎(chǔ)名 稱主階二階三階主階二階主階二階上輥垂直向76.0013.0063.0011.0036.5067.0011.50下輥垂直向17.50-11.0024.50-上輥水平Y(jié)向21.0046.00-20.0042.0069.0044.50下輥水平Y(jié)向28.0040.00-21.5034.00-上輥水平x向68.5017.00-15.0

11、070.0012.5070.00下輥水平x向10.0018.00-9.0020.0010.0018.00基礎(chǔ)振頻測(cè)試如表5所示，上輥電機(jī)定子及基礎(chǔ)存在一個(gè)6876Hz的垂直振動(dòng)，這個(gè)頻率與電流測(cè)試分析的結(jié)果（18×4）相近。另外還存在一個(gè)4046Hz的水平振動(dòng)，而下輥電機(jī)基礎(chǔ)沒有這兩個(gè)頻段的振動(dòng)， 從頻率分析結(jié)果來(lái)看，電機(jī)的定子和基礎(chǔ)都存在異常振動(dòng)，但不能區(qū)分振動(dòng)的劇烈程度。結(jié)合振幅測(cè)量結(jié)果，可以判定振動(dòng)來(lái)源于電機(jī)的定子。24機(jī)械系統(tǒng)的檢查為排除機(jī)械系統(tǒng)方面的原因，在生產(chǎn)間隙特安排技術(shù)人員對(duì)軋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的軸承、傳動(dòng)連接軸、萬(wàn)向連接、潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行檢查。通過對(duì)當(dāng)年原始施工資料及錨固螺栓緊

12、固的情況分析,排除了電機(jī)定子錨固不良的可能性。25電機(jī)本身的解體檢查與處理鑒于電機(jī)外部未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，于是決定對(duì)R2上輥電機(jī)作解體檢查處理。年修期間，將上輥電機(jī)轉(zhuǎn)子吊出就地檢查，未發(fā)現(xiàn)問題；將電機(jī)定子運(yùn)往電機(jī)修理廠進(jìn)行檢查，目視未發(fā)現(xiàn)定子磁極等部件存在松動(dòng)現(xiàn)象。用力矩扳手對(duì)定子主磁極和換向極的螺絲進(jìn)行逐一緊固時(shí)，發(fā)現(xiàn)有幾根螺絲預(yù)緊力不足。緊固處理完畢后，對(duì)定子進(jìn)行浸漆和烘干處理，消除繞組間可能存在的間隙。電機(jī)安裝時(shí)，又在電機(jī)定子下加裝兩臺(tái)10噸千斤頂,使定子與地基緊密接觸,改變定子的固有振動(dòng)頻率。通過上述處理,上輥電機(jī)的振動(dòng)得以消除。3. 故障處理過程分析與總結(jié) 引起電機(jī)振動(dòng)故障的原因很多，查明

13、振動(dòng)來(lái)源是一個(gè)復(fù)雜的推理過程。這次我廠電機(jī)振動(dòng)故障持續(xù)近一年，期間進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)試和分析?，F(xiàn)在回頭對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行整理，有許多經(jīng)驗(yàn)可以總結(jié)： 1對(duì)于電機(jī)的振動(dòng)故障，電機(jī)電流、電壓等電氣參數(shù)的測(cè)量不易發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)的根源所在。如前所述：在電流波形的測(cè)試過程中我們發(fā)現(xiàn)“轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈,電流波動(dòng)18次,每次波動(dòng)有4個(gè)左右的小脈動(dòng)”的現(xiàn)象，但是很難確定故障的部位，甚至難以區(qū)分是電機(jī)本體問題還是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)問題，這主要因?yàn)檎耦l只是描述振動(dòng)特征的一個(gè)參數(shù)，從振動(dòng)頻率不足以了解振動(dòng)的全部信息，因而就很難確定振動(dòng)的具體部位；另外，由于這些電氣參與了系統(tǒng)的閉環(huán)控制，因果關(guān)系也很難區(qū)分。2定、轉(zhuǎn)子及基礎(chǔ)的振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)比較

14、準(zhǔn)確地確定了電機(jī)的振動(dòng)位置和性態(tài)。其中，振幅測(cè)試數(shù)據(jù)在確定振動(dòng)位置時(shí)具有較強(qiáng)的分辨能力。振頻測(cè)試也有較強(qiáng)的分辨能力。但由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，在確定振動(dòng)原因時(shí)，我們將原因歸結(jié)于定子與基礎(chǔ)錨固不良，而實(shí)際基礎(chǔ)的錨固狀況又較好，對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生了懷疑。3從最后的處理結(jié)果來(lái)看，這次電機(jī)定子振動(dòng)的原因可能在于定子內(nèi)部部件的緊固不良，引起定子的共振。電機(jī)的定轉(zhuǎn)子之間存在強(qiáng)烈的電磁力作用，但轉(zhuǎn)子未受到定子振動(dòng)的影響，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的剛度得到增強(qiáng),受外力的影響小。事后來(lái)看，雖然在確定故障原因方面出現(xiàn)失誤，但對(duì)振動(dòng)特性的直接測(cè)量仍是確定振動(dòng)部位和性態(tài)的最有效手段；對(duì)與振動(dòng)相關(guān)的電壓電流的測(cè)量，雖可間接了解振動(dòng)的信息，

15、但難以確定振動(dòng)的部位和誘因。由于我方受測(cè)量技術(shù)和條件的限制,這次電機(jī)振動(dòng)故障的處理可能走了些彎路，但是出于安全和穩(wěn)妥的考慮，本次故障的處理方法對(duì)類似故障的處理仍具有較高參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)1. 徐伯雄,竇玉琴.電機(jī)量測(cè).北京:清華大學(xué)出版社,19902. 劉彥情等編譯.電機(jī)結(jié)構(gòu).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19763. 機(jī)械工程手冊(cè)電機(jī)工程技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì).工程師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1986Retrospect the Repairing Process of Oscillation Fault in Mill Main Dive MotorDing Xuejie Tao Guilin(the first hot strip mill of WISCO,430083 Wuhan)Abstract: oscillation fault is one of the popular malfunctions of elec