軋機主傳動電機振動故障處理_wgjs

1、一起軋鋼主傳動電機振動故障處理經(jīng)過的回顧丁學(xué)杰 作者簡介:丁學(xué)杰,1961,湖北武漢人,高級工程師 陶桂林（武漢鋼鐵集團公司熱軋廠 430083 武漢）摘 要 振動是電機的常見故障之一，本文結(jié)合我廠一起軋鋼主傳動電機振動故障的處理經(jīng)過，對電機振動故障的分析方法和處理經(jīng)驗進行了總結(jié)。關(guān)鍵詞 軋鋼 電機 振動故障 軋鋼主傳動電機是鋼鐵企業(yè)的關(guān)鍵動力設(shè)備，其運行狀態(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)效益能否實現(xiàn)。隨著冶金自動化水平的提高，鋼鐵企業(yè)對生產(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)備的的軋機出現(xiàn)任何非正常停機都將造成重大的經(jīng)濟損失。我廠的R2初軋機是一臺

2、由雙電機驅(qū)動的可逆軋機,上下軋輥電機的容量和驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)完全相同。××年7月，R2軋機的上輥電機出現(xiàn)異常振動和巨大響聲，同時伴有整流子打火等異常現(xiàn)象。本文將介紹這起電機振動故障的特點，以及故障分析和處理的前后經(jīng)過。1電機基本情況與振動故障的特點R2軋機的兩臺驅(qū)動電機均由日本東芝公司于1975年制造，故障出現(xiàn)前電機一直正常運行。該電機設(shè)計容量5000kW，電樞額定電壓：750V，額定電流：7250A，勵磁電壓：500V，勵磁電流:307A，額定轉(zhuǎn)矩:122kN.m，額定轉(zhuǎn)速：40r/min，最大轉(zhuǎn)速65 r/min，電機極數(shù)：18，軋機的傳動系統(tǒng)如圖1所示。圖1 電機與軋輥聯(lián)

3、接示意圖××年7月在電機日常巡檢時發(fā)現(xiàn)，R2軋機在軋鋼時上輥傳動系統(tǒng)出現(xiàn)異常的振動和巨大的響聲。進一步觀察還發(fā)現(xiàn)，電機轉(zhuǎn)子存在較明顯的軸向竄動、同時伴隨整流子打火等異?，F(xiàn)象。憑經(jīng)驗，這是軋機系統(tǒng)出現(xiàn)的較為嚴重的振動故障。由于電機與軋輥之間的傳動機構(gòu)較多，故障出在軋機傳動機構(gòu)還是電機本身一時難以判斷。為迅速找到振動根源，我們多方面入手，對引起軋機系統(tǒng)振動的因素進行了排查。2軋機系統(tǒng)振動故障的排查引起軋機系統(tǒng)振動的原因很多,文獻13顯示軋機本身的機械系統(tǒng)、電機的機械結(jié)構(gòu)的、電機的電磁性能改變、以及電機基礎(chǔ)性狀的變化都有可能造成軋機系統(tǒng)的振動。為盡快查出振動的起因，我廠立即向電機

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R2上輥電機振動情況進行了診斷。由于時間限制，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，因此未敢貿(mào)然進行停機檢修，同時為將故障造成的損失降到最低，我們一邊安排電機減負荷生產(chǎn)，一邊加緊對引起軋機振動的因素，包括日方提出的因素，進行了測試排查。21系統(tǒng)振動的特性分析通過記錄電機電壓、電流波形，我們發(fā)現(xiàn)上輥電機的電壓、電流均存在振蕩現(xiàn)象。從電流波形觀察，在軋鋼過程中，電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈,電流波動18次, 與電機極數(shù)相同，在每次波動中有4個左右的小脈動。為了解振動與軋機機構(gòu)和電機的相互關(guān)系，以不同速度為參考，折算成電機

5、轉(zhuǎn)動一周電流振蕩次數(shù)如下表1所示。 表1.以不同參考對象測試的振動特性參 考 對 象電流振蕩次數(shù)電機每轉(zhuǎn)一周電流的振蕩次數(shù)電機轉(zhuǎn)速 (r/min)277.516.663610.016.664813.516.87軋機線速度（m/s）1.537.518.42.0810.018.13.0013.516.9 從上述數(shù)據(jù)來看，無論才用何種速度作參考，電機電流的振蕩都與電機的極數(shù)存在較強的相關(guān)性，這說明系統(tǒng)的振動與電機有某種關(guān)系，但這有待通過其它手段進一步確定。 22電磁因素的靜態(tài)檢測為排除振動與控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的關(guān)系，我們將上下輥電機的控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)同時互換，發(fā)現(xiàn)上輥電機振動故障依然存在,這說明電

6、機振動與控制系統(tǒng)無關(guān)，于是我們又對電機的電氣參數(shù)進行了測量。（1）電樞直流電阻檢查：上半圓中的9個主極，單個測量阻值均為0.0683, 9個主極串聯(lián)阻值為0.6205。受檢測條件限制，下半圓的9個主極與上半圓的9個主極并聯(lián)阻值為0.3119。按電阻串并聯(lián)公式計算復(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個主極單個測量時，分別加上交流50V電壓，電流表讀數(shù)均為5.25A；上下兩個半圓的9個主極均按串聯(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)電機的繞組結(jié)構(gòu)，相鄰的三片整流子為一個

7、單元，每單元內(nèi)兩個繞組的脈沖響應(yīng)應(yīng)相同，若匝間發(fā)生短路或開路，兩者波形會出現(xiàn)明顯差異。用RZJ-15型匝間耐壓測試儀對R2上輥電機繞組進行片間耐壓試驗，結(jié)果換向器圓周990片整流子響應(yīng)波形相同，電機繞組無匝間短路或開路故障。 （4）電機氣隙檢查：檢查結(jié)果反映電機氣隙均勻度符合規(guī)定。 通過上述檢查分析，我們未發(fā)現(xiàn)電機存在電氣方面的問題。23電機基礎(chǔ)的測試為了解電機的基礎(chǔ)情況,我廠特委托武漢冶金工業(yè)部建筑研究總院,對R2電機基礎(chǔ)的動力參數(shù)、混凝土強度和振動的性狀三方面進行測試?；A(chǔ)的動力參數(shù)測試結(jié)果顯示：電機基礎(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、機基礎(chǔ)沒有產(chǎn)生共振?；A(chǔ)混凝土強度測試結(jié)果顯示混凝土強度達30MPa，電機基礎(chǔ)養(yǎng)護較好。圖2 振幅測點布置示意圖為深入了解上輥電機的振動情況，對電機定子、轉(zhuǎn)子和基礎(chǔ)的振幅、振頻進行了定量測量，測點分布如圖2所示。為便于比較，同時對下輥電機的振動也進行了測量，表25是上、下輥電機振動的實測數(shù)據(jù)。表2 上下輥電機定子振幅（m）電機振動方向垂直向水平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 上下輥電機轉(zhuǎn)子振幅（m）電機振動方向垂直向水平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的測量數(shù)據(jù)來看，上、下輥電機的基礎(chǔ)的振幅以及轉(zhuǎn)子的振幅都比較接近，而兩臺電機定子的振幅卻相差810倍；上輥電機定子的振幅與電機基礎(chǔ)的振幅相差約46倍，這都說明上輥電機的振動來自于電機的定子。表4上輥電機定子振動數(shù)據(jù)(m)振動方向測點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來看，定子A軸機架與基礎(chǔ)的振幅相差610倍， B軸機架與基礎(chǔ)的振

10、幅相差也有46倍。通過與基準點的振動比較，發(fā)現(xiàn)A、B軸機架的振動相位正好相反，這表明上輥電機的定子在作搖擺振動。上述測量結(jié)果表明軋機系統(tǒng)的振動實際是電機定子的振動，其原因可能是定子振動過大或者電機定子錨固不良。表5振動頻譜表（單位:Hz，-:無）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)振頻測試如表5所示，上輥電機定子及基礎(chǔ)存在一個6876Hz的垂直振動，這個頻率與電流測試分析的結(jié)果（18×4）相近。另外還存在一個4046Hz的水平振動，而下輥電機基礎(chǔ)沒有這兩個頻段的振動， 從頻率分析結(jié)果來看，電機的定子和基礎(chǔ)都存在異常振動，但不能區(qū)分振動的劇烈程度。結(jié)合振幅測量結(jié)果，可以判定振動來源于電機的定子。24機械系統(tǒng)的檢查為排除機械系統(tǒng)方面的原因，在生產(chǎn)間隙特安排技術(shù)人員對軋機機械系統(tǒng)的軸承、傳動連接軸、萬向連接、潤滑系統(tǒng)進行檢查。通過對當年原始施工資料及錨固螺栓緊

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

13、振動來源是一個復(fù)雜的推理過程。這次我廠電機振動故障持續(xù)近一年，期間進行了多項測試和分析。現(xiàn)在回頭對有關(guān)資料進行整理，有許多經(jīng)驗可以總結(jié)： 1對于電機的振動故障，電機電流、電壓等電氣參數(shù)的測量不易發(fā)現(xiàn)電機振動的根源所在。如前所述：在電流波形的測試過程中我們發(fā)現(xiàn)“轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈,電流波動18次,每次波動有4個左右的小脈動”的現(xiàn)象，但是很難確定故障的部位，甚至難以區(qū)分是電機本體問題還是驅(qū)動控制系統(tǒng)問題，這主要因為振頻只是描述振動特征的一個參數(shù)，從振動頻率不足以了解振動的全部信息，因而就很難確定振動的具體部位；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)的振動測試數(shù)據(jù)比較

14、準確地確定了電機的振動位置和性態(tài)。其中，振幅測試數(shù)據(jù)在確定振動位置時具有較強的分辨能力。振頻測試也有較強的分辨能力。但由于缺乏經(jīng)驗，在確定振動原因時，我們將原因歸結(jié)于定子與基礎(chǔ)錨固不良，而實際基礎(chǔ)的錨固狀況又較好，對測試結(jié)果產(chǎn)生了懷疑。3從最后的處理結(jié)果來看，這次電機定子振動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。電機的定轉(zhuǎn)子之間存在強烈的電磁力作用，但轉(zhuǎn)子未受到定子振動的影響，這是因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的剛度得到增強,受外力的影響小。事后來看，雖然在確定故障原因方面出現(xiàn)失誤，但對振動特性的直接測量仍是確定振動部位和性態(tài)的最有效手段；對與振動相關(guān)的電壓電流的測量，雖可間接了解振動的信息，

15、但難以確定振動的部位和誘因。由于我方受測量技術(shù)和條件的限制,這次電機振動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類似故障的處理仍具有較高參考價值。參考文獻1. 徐伯雄,竇玉琴.電機量測.北京:清華大學(xué)出版社,19902. 劉彥情等編譯.電機結(jié)構(gòu).北京:機械工業(yè)出版社,19763. 機械工程手冊電機工程技術(shù)手冊編輯委員會.工程師手冊.北京：機械工業(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