一台高压电动机检修后的思考

摘要：高压电动机主要应用于一些厂矿的风机或压缩机的驱动，特别是一些成套设备，设备在运行一定周期后会出现问题，其中电动机振动是比较常见的。电动机振动会加速电动机轴承磨损，电动机振动过大还会导致机组的运行稳定性破坏、设备寿命缩短，甚至发出很大的噪声影响，四周设备的正常工作。

关键词：高压电动机；振动；轴承；运行电流

中图分类号：TM32文献标识码： A

一、事件起因：

某污水处理厂有4台西门子KA10S-GK200鼓风机（2用2备），其中一台（3#机）年检试车时发现振动过大，脱开联轴器，单独运行电动机后发现：启动时无大的振动，运转3小时后，电动机温度稳定下来，产生5.1mm/s的周期性振动波动，需进行检测分析，判断是否送修。该电机是艾林10KV、280KW的高压电动机，铭牌部分参数如下：

ELIN EBG

3-Phase Asynchronous-Motor-HKG 535 LO2Fab.Nr.526314 09002

280kW S1 Year of fabrication:2009

DIN EN 60034 -1/95 Y 10000V +/_ 5

19A50Hz+/_2 2989l/min

Ambient temp.0/+50℃UVW

电机轴承（前后） 6316 C3

Schmiermenge/ Quantity 30 Gramm/ Gramme

Schmier-frist/interval2000 Betenbsstd/Op hours

MOBILITH SHC 100

二、分析判断

先用三表法测得机组的对中情况较好，记录数据后，单独运转驱动电机，振动测量示意图和和测量数据如下：

振动监测情况记录（4月11日） 单位 ：mm/s、

时间 电机温度 1点 2点 3点

10:00 23℃ 2.1 2.3 1.8

10:30 29℃ 2.2 2.5 2.1

11:00 36℃ 2.4 2.6 2.2

11:30 43℃ 3.9 4.1 2.8

12:00 50℃ 4.8 5.1 3.4

13:00 50℃ 4.9 5.1 3.6

从监测述数据表看出，电动机是开机时振动较小，在温度上升过程中，振动量也在缓慢增加，运行到温度稳定后振动达到一个峰值，不再继续增大。

根据现场实测情况，机械方面排除了地脚紧固不牢，基础台面倾斜、不平、设备基础的部分或整体刚度不够，电机与基础板之间固定不牢、轴承座与基础板之间松动等。

该机组安装后已经正常运行了2年多，故而又排除了电机本身结构的缺陷如：轴颈椭圆，转轴弯曲变形、电枢不平衡、气隙不匀、主轴固定不紧或机座、端盖的刚度较差、电动机轴线中心与其所拖动机械轴线中心不一致等因素。

从控制盘上可看出供电的三相电压相同，排除了供电不平衡因素；停机时在切断电源后立即测量，振动数据变化较小，排除了电气引起振动因素。至此，电机振动的诱因基本可以确定是以下一种或几种：转子不平衡、轴承损坏，定子三相绕组电阻不平衡。

“电动机转子由于长期使用，各部位的绝缘和结灰等情况在周向上发生不均匀的变化，引起电机转子变形或局部膨胀在轴向上产生不平衡量，从而引起电机运行中的动不平衡量随着电机温度的变化而变化，电机的振动也随之变化，而这种由于电机转子热不平衡引起的不平衡量只能在电机热态下才能表现出来，并且这种不平衡量在电机达到热稳定状态下不再发生变化” ，这一段故障诊断描述，本机表征较为明显，可确定转子不平衡。

转子不平衡一般不引起轴向振动，断电时测量，振动值并未消除或显著变化，由电磁引起振动的原因可以排除，那就是说，轴承也有问题了。

至于电动机三相绕组电阻不平衡，在用断电法验证时，也基本可以排除。至此，电机振动的原因已经确定了：转子动不平衡、轴承有故障。

从监测表中看出，电机启动时测得径向振速2.3mm/s，轴向振速1.8mm/s，温度上升稳定后（3小时后），测得电机径向振速5.1mm/s，轴向振速3.6mm/s，为了便于说明问题，我们

将振幅和振动速度二者之间的关系，利用单频率正弦波转换得出：

（Sf为位移单振幅；Vf是振动速度；=2πf为角频率）

径向振动速度为5.1mm/s，转速2989rpm ，基频50Hz，

求得振幅：

参照国际标准ISO2372和ISO3945，无论从径向振速和振幅来看，电动机还处于良好运行阶段；参照国际标准ISO2373，电机振动已经超过N级允许标准，而且查询设备3个月来的监测数据，发现振动速度增大呈发展趋势，3个月前的振动最大值比目前振动最大值小2倍左右；轴向振动无监测记录，已无法判断是由轴承问题引起的转子不平衡，还是转子不平衡引起轴承问题，总体来说设备运转情况往恶性发展，必须检修。

三、处理措施

为保证电动机检修能顺利完成，必须做好充分的准备工作，针对这台高压电机，检修内容和步骤如下：

1、拆卸鼓风机和主电机之间的联轴节，记录好联轴器的安装参数；

在拆卸联轴器之前，先切断电机电源，并将抽屉柜的开关拉出来，避免有人误操作，这里要说明的是，要让电机充分放电。

2、记录主电机的四个安装螺栓的精确位置,做好各方面的标记说明；

拆卸4个安装螺栓前，先把电动机上的各测量元件和线路拆掉，拆的时候要做好记号，避免安装时发生错误，再拆掉主电缆，主电缆已经有颜色和钢印标记，可以不用特意记录。拆卸安装螺栓前，要先用记号笔画好电机在基础上的位置线，拆卸安装螺栓的时候，必须使用扭矩扳手，并记录好每个螺栓的预紧力，可以画上简图，标注在简图上，螺栓拆卸下来后，套上垫圈摆在各自的螺栓孔附近；而每个基础与电机底座结合面上的高度调整垫片，就放在原位，电机吊走后，将基础遮盖保护起来。

3、拆卸主电机,内部检查，检测定子绕组三相直流电阻值,对地绝缘值,检查定子绕组槽楔有无松动, 绕组端部绑扎情况及定子引出线是否老化开裂；检测每个测温元件是否有效，如无效进行更换，所有检查做好记录；

拆卸主电机内部前，先将电机表面的灰尘用压缩空气吹扫干净，然后在洁净干燥的环境里将主电机拆开，拆端盖前也用记号笔做好记号，并且画简图标明压盖、隔套、密封环等各类零件的位置，同时留下影像资料，便于回装及追溯。两边端盖和轴上可拆构件（轴承、联轴器、风扇等）拆完后，用专用工具抽芯，将转子安全抽出做动平衡校正

转子抽出后测试定子三相绕组的电阻值是平衡的，说明无开焊部位，测得绕组接地情况较好；用开口变压器逐槽检查，定子绕组的匝间无短路故障，检查情况也详细笔录并留影像资料，检查完后，定子用干净的塑料布封装起来，避免受潮和杂物进入定子。

4、更换前后端轴承,轴承为原装进口,型号必须完全一致；轴承的油脂, 型号与厂内一直使用的一致；

这台电动机轴承是用锂基脂，在轴承座端盖拆开时，已经可以看到轴承内的脂已经被碾压硬化干结，轴承滚珠及保持架上已经有了锈蚀，可知虽然操作工按设备运行要求，定期为轴承加脂，但是因为污油排放管路堵塞，导致新加的油无法进入轴承，从侧面漏到了电机端盖里面，未对轴承起保护作用。

将轴承清洗干净后，测得径向游隙0.092mm，已然不能再使用，由此可以判定：由于轴承内经过一段时间得不到新油补充，旧的脂逐渐干结，导致轴承的不良，磨损加剧并且产生锈蚀，从而引起振动和发热，而这一系列不良后果，起因仅仅是污油排放管路堵塞，而操作工没有注意。

5、检查转子笼条、端环有无开裂及脱焊现象；电动机转子做动平衡处理（因不具备做现场热平衡调整的条件，只能考虑做线下动平衡处理）；

经检查转子上未发现刮擦痕迹，绕组未有老化和焦痕，也没有构件断裂缺陷，转子做动平衡时，称量配重的衡器是可靠有效的，做动平衡时按规范要求选用了配重键；转子初始不平衡量输出端为57g，相位角为122°，后端不平衡量为34g，相位角69°，正常情况下，转子的两端不平衡量在7g以下就合格了，但是此电机转速较高，所以两端的不平衡量一定要控制在5g以下。转子的动平衡校正后，输出端不平衡量是4g，相位角55°，后端不平衡量是3g，相位角114°。添加的配重经检测安装牢固，整个过程有详细笔录并留影像资料。

6、电机重新装配和油路疏通等细节就不再赘述了，一直遵循两个字：“认真”。

四、检修效果

电动机检修完成后，按照拆除时作的精确记号将电动机就位安装，用扭矩扳手测定各个地脚螺栓预紧力与拆除时相同并平衡，参照拆除前记录的数据，主电机和鼓风机进行精确对中，各部门准备就绪后启动设备，开机时上午9点，环境温度20℃，进风阀开度20%，电动机水平径向振速0.8mm/s,垂直径向振速0.9mm/s，运行电流17A；运行30分钟后测量，此时轴承温度56℃，电机温度28℃，水平径向振速0.5mm/s,垂直径向振速0.9mm/s，进风阀开度65%，运行电流16A；后每15分钟一次进行测量，各项数据均正常，电机温度和轴承温度一直在缓步上升，到上午11点时，轴承温度已经升至55℃，电机温度升至41℃。到11点20时轴承温度升至65℃，然后开始回落，到12点，轴承温度稳定在51℃，电动机温度稳定在49℃，比检修前低1~2℃，此时水平和垂直方向振速一直稳定在0.7mm/s，电机运行电流16A，风机径向水平和垂直两个位置振动速度分别为0.8mm/s和0.7mm/s，已经完全符合设备运行要求。

当电机检修完成，本机与1#风机同时投入运行后，发现相同工况下，1#风机运行电流16.5A，本机运行电流17.5A，对于10KV的高压电动机，就这1A的电流，能耗是相当恐怖的，而检修前日常运行记录也没有电流方面的数据。难道在检修过程中忽略了什么？

把检修的每一步的文字记录资料和影像资料调出来细细梳理了一遍，并未发现任何错漏，只好停掉本机后分别将2#、4#与1#风机分别配对投入运行，均产生了同样的现象。证明设备本身是没有问题的了，随后将检测范围扩大到工艺系统上，发现出口管路与主管是直角三通连接，遂将之改成顺流三通，内设三条微螺旋导流叶，再次开机，在和以前相同的工况下，4套机组运行配对运行时电流均稳定在16A，至此，本次检修圆满完成，还顺便帮助厂里降低了能耗。

后记

从这台电机检修处理的过程中看出：引起轴承损坏的起因只不过是操作人员一个小小的疏忽；引起设备能耗加大则是因为管路接口不合理，而且一直没被发现。这使我们不得不思考：在生产中，设备自身缺陷引发的问题，到底有多少呢？最后要说明的是，引发设备故障的原因，并不是只局限在设备本身，所以，处理问题的时候，眼光要放远些。

参考文献：

[1]电机振动速度标准IS02373

[2]滚动轴承 深沟球轴承振动(速度)技术条件 JB/T10187-2011

[3]滚动轴承径向游隙GB/T4604-2006