轧机主传动电机振动故障处理_wgjs

1、一起轧钢主传动电机振动故障处理经过的回顾丁学杰 作者简介:丁学杰,1961,湖北武汉人,高级工程师 陶桂林（武汉钢铁集团公司热轧厂 430083 武汉）摘 要 振动是电机的常见故障之一，本文结合我厂一起轧钢主传动电机振动故障的处理经过，对电机振动故障的分析方法和处理经验进行了总结。关键词 轧钢 电机 振动故障 轧钢主传动电机是钢铁企业的关键动力设备，其运行状态的好坏不仅关系到产品质量的好坏，还关系到钢铁企业的生产效益能否实现。随着冶金自动化水平的提高，钢铁企业对生产的连续性和设备的稳定性都提出了很高的要求。作为钢厂核心设备的的轧机出现任何非正常停机都将造成重大的经济损失。我厂的R2初轧机是一台

2、由双电机驱动的可逆轧机,上下轧辊电机的容量和驱动控制结构完全相同。年7月，R2轧机的上辊电机出现异常振动和巨大响声，同时伴有整流子打火等异常现象。本文将介绍这起电机振动故障的特点，以及故障分析和处理的前后经过。1电机基本情况与振动故障的特点R2轧机的两台驱动电机均由日本东芝公司于1975年制造，故障出现前电机一直正常运行。该电机设计容量5000kW，电枢额定电压：750V，额定电流：7250A，励磁电压：500V，励磁电流:307A，额定转矩:122kN.m，额定转速：40r/min，最大转速65 r/min，电机极数：18，轧机的传动系统如图1所示。图1 电机与轧辊联接示意图年7月在电机日常

3、巡检时发现，R2轧机在轧钢时上辊传动系统出现异常的振动和巨大的响声。进一步观察还发现，电机转子存在较明显的轴向窜动、同时伴随整流子打火等异常现象。凭经验，这是轧机系统出现的较为严重的振动故障。由于电机与轧辊之间的传动机构较多，故障出在轧机传动机构还是电机本身一时难以判断。为迅速找到振动根源，我们多方面入手，对引起轧机系统振动的因素进行了排查。2轧机系统振动故障的排查引起轧机系统振动的原因很多,文献13显示轧机本身的机械系统、电机的机械结构的、电机的电磁性能改变、以及电机基础性状的变化都有可能造成轧机系统的振动。为尽快查出振动的起因，我厂立即向电机制造商-东芝公司发出了咨询，该公司迅速安排技术人

4、员对R2上辊电机振动情况进行了诊断。由于时间限制，日方怀疑电枢升高片和电枢均压线可能有开裂、断线现象。由于日方判断未得到确认，因此未敢贸然进行停机检修，同时为将故障造成的损失降到最低，我们一边安排电机减负荷生产，一边加紧对引起轧机振动的因素，包括日方提出的因素，进行了测试排查。21系统振动的特性分析通过记录电机电压、电流波形，我们发现上辊电机的电压、电流均存在振荡现象。从电流波形观察，在轧钢过程中，电机转子每转一圈,电流波动18次, 与电机极数相同，在每次波动中有4个左右的小脉动。为了解振动与轧机机构和电机的相互关系，以不同速度为参考，折算成电机转动一周电流振荡次数如下表1所示。 表1.以不同

5、参考对象测试的振动特性参 考 对 象电流振荡次数电机每转一周电流的振荡次数电机转速 (r/min)277.516.663610.016.664813.516.87轧机线速度（m/s）1.537.518.42.0810.018.13.0013.516.9 从上述数据来看，无论才用何种速度作参考，电机电流的振荡都与电机的极数存在较强的相关性，这说明系统的振动与电机有某种关系，但这有待通过其它手段进一步确定。 22电磁因素的静态检测为排除振动与控制系统和传动系统的关系，我们将上下辊电机的控制系统和传动系统同时互换，发现上辊电机振动故障依然存在,这说明电机振动与控制系统无关，于是我们又对电机的电气参数

6、进行了测量。（1）电枢直流电阻检查：上半圆中的9个主极，单个测量阻值均为0.0683, 9个主极串联阻值为0.6205。受检测条件限制，下半圆的9个主极与上半圆的9个主极并联阻值为0.3119。按电阻串并联公式计算复核，各主磁直流电阻均正常。 （2）电枢交流电抗检查：上半圆中的9个主极单个测量时，分别加上交流50V电压，电流表读数均为5.25A；上下两个半圆的9个主极均按串联连接，加上交流250V电压，上下两组相同，电流表读数均为2.85A。交流电抗检查的结果表明主磁极的电参数正常。 （3）片间耐压检查。根据电机的绕组结构，相邻的三片整流子为一个单元，每单元内两个绕组的脉冲响应应相同，若匝间发

7、生短路或开路，两者波形会出现明显差异。用RZJ-15型匝间耐压测试仪对R2上辊电机绕组进行片间耐压试验，结果换向器圆周990片整流子响应波形相同，电机绕组无匝间短路或开路故障。 （4）电机气隙检查：检查结果反映电机气隙均匀度符合规定。 通过上述检查分析，我们未发现电机存在电气方面的问题。23电机基础的测试为了解电机的基础情况,我厂特委托武汉冶金工业部建筑研究总院,对R2电机基础的动力参数、混凝土强度和振动的性状三方面进行测试。基础的动力参数测试结果显示：电机基础的刚度系数和阻尼系数都正常，这表明基础的抗压、抗剪、抗弯及抗扭转能力在正常范围之内，电机基础没有产生共振。基础混凝土强度测试结果显示混

8、凝土强度达30MPa，电机基础养护较好。图2 振幅测点布置示意图为深入了解上辊电机的振动情况，对电机定子、转子和基础的振幅、振频进行了定量测量，测点分布如图2所示。为便于比较，同时对下辊电机的振动也进行了测量，表25是上、下辊电机振动的实测数据。表2 上下辊电机定子振幅（m）电机振动方向垂直向水平x向水平y向上辊定子19.5517.1637.51基础3.822.656.5下辊定子1.992.415.08基础0.960.960.96表3 上下辊电机转子振幅（m）电机振动方向垂直向水平x向水平y向上辊转子2.822.662.37基础2.292.121.76下辊转子1.202.427.62基础0.9

9、30.930.93从表2、表3的测量数据来看，上、下辊电机的基础的振幅以及转子的振幅都比较接近，而两台电机定子的振幅却相差810倍；上辊电机定子的振幅与电机基础的振幅相差约46倍，这都说明上辊电机的振动来自于电机的定子。表4上辊电机定子振动数据(m)振动方向测点12345A轴垂直向定子14.526.7319.5520.1613.35基础2.074.143.824.773.74B轴垂直向定子9.0526.6421.6524.049.19基础2.745.565.405.811.98从表4来看，定子A轴机架与基础的振幅相差610倍， B轴机架与基础的振幅相差也有46倍。通过与基准点的振动比较，发现A

10、、B轴机架的振动相位正好相反，这表明上辊电机的定子在作摇摆振动。上述测量结果表明轧机系统的振动实际是电机定子的振动，其原因可能是定子振动过大或者电机定子锚固不良。表5振动频谱表（单位:Hz，-:无）位 置定 子转 子基 础名 称主阶二阶三阶主阶二阶主阶二阶上辊垂直向76.0013.0063.0011.0036.5067.0011.50下辊垂直向17.50-11.0024.50-上辊水平Y向21.0046.00-20.0042.0069.0044.50下辊水平Y向28.0040.00-21.5034.00-上辊水平x向68.5017.00-15.0070.0012.5070.00下辊水平x向10

11、.0018.00-9.0020.0010.0018.00基础振频测试如表5所示，上辊电机定子及基础存在一个6876Hz的垂直振动，这个频率与电流测试分析的结果（184）相近。另外还存在一个4046Hz的水平振动，而下辊电机基础没有这两个频段的振动， 从频率分析结果来看，电机的定子和基础都存在异常振动，但不能区分振动的剧烈程度。结合振幅测量结果，可以判定振动来源于电机的定子。24机械系统的检查为排除机械系统方面的原因，在生产间隙特安排技术人员对轧机机械系统的轴承、传动连接轴、万向连接、润滑系统进行检查。通过对当年原始施工资料及锚固螺栓紧固的情况分析,排除了电机定子锚固不良的可能性。25电机本身的

12、解体检查与处理鉴于电机外部未发现故障点，于是决定对R2上辊电机作解体检查处理。年修期间，将上辊电机转子吊出就地检查，未发现问题；将电机定子运往电机修理厂进行检查，目视未发现定子磁极等部件存在松动现象。用力矩扳手对定子主磁极和换向极的螺丝进行逐一紧固时，发现有几根螺丝预紧力不足。紧固处理完毕后，对定子进行浸漆和烘干处理，消除绕组间可能存在的间隙。电机安装时，又在电机定子下加装两台10吨千斤顶,使定子与地基紧密接触,改变定子的固有振动频率。通过上述处理,上辊电机的振动得以消除。3. 故障处理过程分析与总结 引起电机振动故障的原因很多，查明振动来源是一个复杂的推理过程。这次我厂电机振动故障持续近一年

13、，期间进行了多项测试和分析。现在回头对有关资料进行整理，有许多经验可以总结： 1对于电机的振动故障，电机电流、电压等电气参数的测量不易发现电机振动的根源所在。如前所述：在电流波形的测试过程中我们发现“转子每转一圈,电流波动18次,每次波动有4个左右的小脉动”的现象，但是很难确定故障的部位，甚至难以区分是电机本体问题还是驱动控制系统问题，这主要因为振频只是描述振动特征的一个参数，从振动频率不足以了解振动的全部信息，因而就很难确定振动的具体部位；另外，由于这些电气参与了系统的闭环控制，因果关系也很难区分。2定、转子及基础的振动测试数据比较准确地确定了电机的振动位置和性态。其中，振幅测试数据在确定振

14、动位置时具有较强的分辨能力。振频测试也有较强的分辨能力。但由于缺乏经验，在确定振动原因时，我们将原因归结于定子与基础锚固不良，而实际基础的锚固状况又较好，对测试结果产生了怀疑。3从最后的处理结果来看，这次电机定子振动的原因可能在于定子内部部件的紧固不良，引起定子的共振。电机的定转子之间存在强烈的电磁力作用，但转子未受到定子振动的影响，这是因为转子转动时的刚度得到增强,受外力的影响小。事后来看，虽然在确定故障原因方面出现失误，但对振动特性的直接测量仍是确定振动部位和性态的最有效手段；对与振动相关的电压电流的测量，虽可间接了解振动的信息，但难以确定振动的部位和诱因。由于我方受测量技术和条件的限制,

15、这次电机振动故障的处理可能走了些弯路，但是出于安全和稳妥的考虑，本次故障的处理方法对类似故障的处理仍具有较高参考价值。参考文献1. 徐伯雄,窦玉琴.电机量测.北京:清华大学出版社,19902. 刘彦情等编译.电机结构.北京:机械工业出版社,19763. 机械工程手册电机工程技术手册编辑委员会.工程师手册.北京：机械工业出版社,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 elect