180平主抽同步电机启动振动大的原因分析

2012-12-08张立新李凤春

中国设备工程 2012年11期

关键词：同步电机绕组阻尼

张立新，李凤春

（凌源钢铁集团有限责任公司机动部，辽宁凌源 122504）

180平主抽风机是烧结生产的关键设备，主抽风机运行中出现的各种故障都会造成180平烧结系统停机，直接影响炼铁厂的生产。风机的振动信号能充分反映其运行状态，利用采集的振动信号进行频谱分析可推断出运行状态及振动根源。

180平主抽风机为双支撑刚性转子，膜片联轴器传动，风机型号L3N3402.12.90DBL6T，电机型号TD6900-6/6900，极对数3，功率6900kW。

一、故障现象

180平主抽风机投入运行后，系统定修后，每次启动风机，电机的水平振动值在7mi n达到最大值，电机非驱动端4.2 mm/s，驱动端3.82mm/s。运行约1 h后到稳定值，电机非驱动端2.05mm/s，驱动端2.03mm/s。风机启动振动趋势见图1。

二、故障分析

电机的异常振动都发生在180平主抽风机启动时，为了能够更准确分析设备异常原因，2012年4月16日在风机热启动时测量了电机各点转频振动值及相位(见表1)，电机的各点振动情况和冷启动相同。

表1

通过监测电机振动值，电机的各点振动值变化以转频为主，而转频振动值出现异常，可能存在如下故障：(1)机组共振；(2)基础松动；(3)转子弯曲；(4)转子不平衡。

下面运用正向推理的原理，排除不可能的故障原因，确定设备异常的主要原因。

1.机组共振

风机转速接近临界转速会引起共振。其特性为：(1)振幅与转频有很强的依赖关系。(2)水平和垂直方向的相位相同；相位通常不稳定。180平主抽风机转子为刚性转子，转速为1000r/min，远小于一阶临界转速，可以排除机组共振的可能。

2.基础松动

其特点为：(1)特征频率为转频及其谐波；(2)振幅随转速变化而变化；(3)相位通常不稳定；(4)松动结合面两边存在差别振动。180平主抽风机的振动相位稳定，且不存在差别振动，同时振动值随时间延长趋于稳定，不符合基础松动的特点，所以可以排除此种可能。

3.转子弯曲

旋转机械轴弯曲引起的振动特征：(1)水平方向振动值大且以转频为主，(2)水平与垂直相位稳定，且相位差等于或接近90°；(3)时域波形近似正弦波；(4)轴两端轴承座的轴向相位差为180°。因轴承座两端相位差约等于0°，不符合轴弯曲的特点，所以可以排除轴弯曲的可能性。

4.转子不平衡

旋转机械因不平衡引起的振动特征为：(1)水平方向振动值大且以转频为主；(2)水平与垂直相位稳定，且相位差等于或接近90°；(3)时域波形近似正弦波。（电机水平向频谱见图2），其他可能的故障原因已经排除，所以电机振动异常的最可能原因就是不平衡。

质量不平衡的原因主要有三个方面：(1)原始质量不平衡；(2)转动过程中部件脱落或松动；(3)热不平衡。原始质量不平衡造成的一倍频振动应该是稳定的，这里可以排除；此台电机的振幅是连续地逐渐上升而不是突然增加，第二种可能性也可以排除。所以此台电机启动振动大的原因是热不平衡造成的。

针对同步电机结构和启动特点对电机不平衡产生的原因分析如下：同步电机启动过程中，阻尼绕组切割定子旋转磁场而感应出很大的启动电流，这样大的电流会造成阻尼条发热膨胀。如果阻尼条膨胀受阻或阻尼环出现变形会导致重心改变，引起电机转子失衡；当电机转速接近额定转速时，励磁系统投入，电机进入同步状态。这时阻尼绕组和旋转磁场同步，没有感应电流从阻尼绕组流过。随着阻尼绕组的缓慢冷却，因阻尼条膨胀受阻或阻尼环变形引起的电机不平衡逐步消除，电机振动值恢复正常。这也符合了启动时振动值增长较快和振动值缓慢下降的现象。综上所述，建议检查同步电机的阻尼条和阻尼环。