加装止推装置消除给水泵电转子轴向窜动的应用

　　摘要:锅炉给水泵是火力发电厂中最重要的热力设备之一，其配套电动机在运行若干年后，转子发生轴向窜动。本文介绍了给水泵电动机转子发生轴向窜动的现象及其危害，以及在消除轴窜的措施中所做的大量工作，经过不懈努力，最终采用加装止推装置的方法，从而彻底解决电动机转子的轴向窜动问题。
　　
　　关键词：锅炉给水泵、电动机转子、轴向窜动、止推装置
　　
　　前言：
　　上海石化热电事业部#1装置#0～#4汽轮机组总装机容量为225MW，配有8台给水泵，其中#3～#8给水泵型号为DG270-140B，配套YK2000-2/990三相高速笼型异步电动机，功率2000KW，泵和电机分别为沈阳水泵厂和沈阳电机厂制造生产，采用弹性柱销联轴器连接，设备分别于91～94年间投入运行，至1999年，几台泵逐步出现电动机转子轴向窜动问题。
　　一、电动机转子支承结构及其工作原理
　　电动机采用二个滑动轴承（#3、#4）支撑转子，转子轴径的轴向端面与滑动轴承两侧的轴向端面(以下简称动静两端面)之间，留有3～5mm的轴向间隙，且两侧回油间隙基本相同，在转子在轴瓦上已定位情况下，调整定子磁场中心与转子铁芯几何中心一致，此时，转子运行位置就是调整位置，动静之间不会发生摩擦。轴承结构见图1。
　　电动机启动时，电转子在磁场力的作用下，稳定在磁场中心运行；当电动机失电后，转子在没有磁场力作用下，在惰走时段内根据自身水平度向水平度低一端移动。

　　转子正常位置图
　　二、电机转子轴向窜移造成电机及泵故障的介绍
　　1、1999年8月上海石化热电事业部#7给泵电动机转子运行中向电机侧窜移过大。解体发现：电机侧轴端保护罩顶出，电机轴瓦（#3、＃4瓦）轴颈处磨损严重，轴瓦钨金都烧熔在轴径上，轴承档R角磨损；泵侧推力瓦块钨金全部烧熔，第十级叶轮导叶出现裂缝，其他动静部件均有不同程度的磨损；泵与电动机靠背轮的间隙达到23mm，联轴器弹性圈全部损坏。
　　转入大修投运后一年，转子再次出现轴窜且情况更严重。其#3瓦一侧轴向端面磨去5mm，而且磨损下来的残余钨金烧熔在下轴瓦表面上，烧熔面近1/2，下轴瓦表面有裂缝长约15mm，轴瓦无法修复，#4轴瓦情况与#3轴瓦基本相似，检查电机轴向窜动超标，达到10mm以上。
　　2、2003年1月16日，上海石化热电事业部#8给水泵启动后15分钟不到，发现#4瓦冒出白烟，紧急停泵。解体后发现，电机#4瓦严重烧熔，其金属烧熔软化受挤压变形外溢，在主轴上新增一个高、宽各约3mm的环形凸圈（见示图2和现场照片）；泵与电动机靠背轮联轴器弹性圈全部损坏，泵侧推力瓦块乌金损坏，所幸当时运行人员发现及时，避免了恶性事故的发生。
　　3、上海吴泾电厂#6给泵在电机定子调整磁中心后投运，不久就察觉水泵负荷下降，电流逐渐上升，直至电流接近高限值时停泵，停泵时惰走时间极短并且有急煞现象。经过解体水泵和电机等部件，发现情况如下：电机转子向后窜移，#3、4轴瓦端面全部磨损，且已磨至轴承体（铸铁材质）；泵体部分推力瓦平衡块全部损坏，水泵动静已磨擦。因泵转子受力平衡因电转子额外轴向力的介入发生破坏，推力瓦块逐渐磨损后，最终导致水泵动静摩擦，整个过程必然是水泵负荷逐渐下降，电流逐渐上升，惰走时因动静已发生摩擦所以有急刹车现象，致使大修后的水泵，在使用不到1个月后就严重损坏。
　　由于给水泵电机转子发生轴窜，最终是影响给水泵的正常运行，甚至造成设备损坏，因此必须设法消除轴向窜动。
　　三、影响电转子轴窜的因素分析
　　影响电转子轴窜的因素主要是以下几个方面：
　　1、电转子水平度。
　　该观点认为电动机前后轴承水平度存在偏差，转子运行中根据重力自行滑向低位端，从而产生轴窜。上海石化热电事业部#7给泵电动机曾在检查中发现定子在轴承处水平度超标：前轴承0.015mm，后轴承0.07mm，随即将转子轴承档水平调整到各为0.01mm，启动后电机轴先往电机侧窜，后往泵侧窜，一直在不停游动，说明不了那一侧有高低；我们还将转子窜向侧（认为位置低侧）人为垫高，谁知运行中经常发生转子向垫高侧移动。这个观点就随即被否定了。
　　2、测量调整电机轴向磁场中心。
　　该观点认为，电动机转子窜动是因为定子磁场中心（定子铁芯几何中心）与转子磁场中心（转子铁芯几何中心）不吻合，造成运行中转子向定子磁场中心移动，表现为运行中转子发生移动。
　　该观点得到大多数人的赞同，我本人也赞同这个观点。但定子、转子铁芯几何中心在制造出厂后就已固定，为何刚开始安装时转子不发生窜动而要到运行多年后再发生窜动？这个问题一直困扰我们，是否电机运行多年后虽然铁芯几何中心未变，但实际因内部零件松动引起磁场中心发生改变？电机制造厂家也无从解释。我们在定转子上做了相关电气试验，也没有看出端倪。
　　3、轴对中。
　　轴线对中不良是造成转子轴向窜动的原因之一。轴线对中有两种情况：平行对中，角度对中，这两种不对中情况，都能使联轴器在旋转时产生轴向分力，从而引起轴向窜动。从温度上考虑，对中还应分为冷态对中和热态对中，当设备达到热平衡后，其中心轴线都有不同的变化，若热态时轴线不对中，则要产生较大的轴向力，因而在安装时，要通过冷态对中运行后，校准热态时的对中精度，以此为准，完成安装对中工作。但实际每次检修调整，我们都将轴对中精心调整到标准数据内，每次都没有效果，所以我们将它排除在原因外。
　　4、电机定转子空气间隙。
　　电机定子与转子除了有轴向几何中心对齐外，还有径向对中问题，这就是空气间隙。空气间隙电动机厂家会给一个安装标准，一般调整在标准内就能保证正常使用，我们每次都调整到要求的下限，也没有效果。另外，为何刚开始安装时调整在标准内不发生窜动而若干年后却要发生窜动，如果真有问题，为何在定转子试验中反映不出？这问题同样困扰着我们。
　　在上诉因素中，本人倾向于电动机的磁场中心或空气间隙出现问题，其中更倾向是电机磁场中心问题，但苦于现有知识和检验装备等的限制，无法做出进一步的鉴定。
　　四、解决电机轴向窜移的措施
　　从1999年给水泵电动机转子发生轴向窜动开始，至2003年间，为解决电转子轴向窜动问题，我们边分析原因边排除，在装置的故障泵上，检修、抢修不下6次，大修2次，花了很多人力物力，做了大量工作。如：将故障泵电动机基础凿去，重新浇筑混凝土，找水平，排除基础水平度超差、基础疏松等问题；在每一次的安装中，我们精调#3、#4滑动轴承水平度，排除轴承水平度问题；精调泵与电机轴对中，排除轴对中问题；精确测量并调整电动机定、转子空气间隙、磁场中心，检查定、转子是否有零部件松动，定、转子耐压试验，甚至将电转子更换等等，凡是我们认为会引起故障可能的地方，都进行了仔细、全面的检查。期间还咨询水泵和电动机制造厂家、同行业用户单位，分析原因、制定措施并做了大量试验，一直无法彻底解决，设备每次安装后投运，短的三个月，长的不超过一年，又会出现同样问题。
　　在万般无奈的情况下，我们决定在电转子上加装止推装置，并一举解决困绕三年的难题。
　　止推装置，顾名思义就是防止转子移动的装置，它有平衡盘、正反推力瓦块、推力轴承室等组成，根据转子上平衡盘与某一方向推力瓦块间形成的油压，来平衡转子轴向力，防止转子轴向移动。
　　具体措施为：在电动机#4轴瓦的外侧，加装推力轴承室，在电转子靠#4轴瓦端加工成平衡盘，平衡盘安装位置处于推力轴承室中间，两边各放置数块推力瓦块（瓦块数量、面积根据油压和所承受的推力来计算决定），从润滑油总管上接一路φ14进油管进入推力轴承室。电机组装时，通过推力轴承的调整轴套，将转子轴颈的轴向中心调整至轴瓦的轴向中心，从而使轴瓦两侧的轴向间隙间距基本相等。结构见图三。

　　2002年12月3日，#7给水泵加装止推装置后试车，从单试电机到带负荷运转，电转子游动量始终在1mm以内，从2003年开始，我们先后在其它几台泵上加装止推装置，至今运行良好。
　　五、结论
　　电动机转子轴向窜动问题，近几年在多家用户单位出现，厂家和用户单位做了大量工作，一直找不到真实原因，最后不得不更换电动机。我们也在困扰多年后，开拓思路，从反方向入手，一举解决了问题，但故障的真实原因还有待于进一步分析。
　　实践证明,在电转子上加装止推装置是目前解决电转子轴向窜动的简便、有效方法，通过改进，能延长电动机使用寿命，确保电动机长期安全运行。