有限元分析-有限元網(wǎng)格生成技術(shù)分析

2013-05-10 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

摘要:針對鄒縣電廠600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)驅(qū)動電動機(jī)異常振動的故障,利用相關(guān)分析、頻譜分析、時(shí)域波形分析等方法找出了產(chǎn)生故障的原因和部位,及時(shí)地采取處理措施,避免了電機(jī)軸瓦損壞及電機(jī)燒損事故的發(fā)生,有力地保障了設(shè)備的安全。

關(guān)鍵詞:一次風(fēng)機(jī);電動機(jī);齒型聯(lián)軸器;故障診斷;處理

0概述

山東鄒縣發(fā)電廠600MW進(jìn)口機(jī)組,其鍋爐配置為2臺美國TLT-BABCOCK公司的離心式風(fēng)機(jī),水平布置、雙吸葉輪、軸瓦兩端支撐、進(jìn)風(fēng)量擋板可調(diào),在50%額定負(fù)荷下工作;電動機(jī)配置為美國西門子公司的鼠籠式異步電機(jī),其額定電壓為6kV,功率為2250hp(1hP=745.70W),水平布置、軸瓦兩端支撐,風(fēng)機(jī)與電動機(jī)之間采用齒型聯(lián)軸器連接。

2002年11月1日開始,一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)軸承振幅逐漸增大,且振動幅值和軸瓦溫度都隨負(fù)荷升高而增加,并有繼續(xù)加劇的趨勢。機(jī)組滿負(fù)荷時(shí),電動機(jī)驅(qū)動端軸承振幅高達(dá)85μm,軸瓦溫度達(dá)92℃。為查找設(shè)備問題,消除隱患,于11月13日采用美國CSl2120雙通道振動采集儀對軸承的振動頻譜及相位數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并進(jìn)行必需的細(xì)化分析。

1故障分析

現(xiàn)場測取的電動機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動端軸承水平方向的振動幅值明顯高于垂直、軸向的振動幅值。電動機(jī)軸承水平方向的振幅為85μm(峰一峰值),風(fēng)機(jī)為40μm(峰一峰值),電動機(jī)驅(qū)動端水平方向的振動值較大,僅由振動值上看似乎是電動機(jī)問題,但為明確問題的真正來源,采取了以下的分析步驟。

1.1電動機(jī)軸承的頻譜分析

首先從電動機(jī)軸承的頻譜分析人手,了解設(shè)備的基本運(yùn)行狀態(tài),分別收集由電動機(jī)軸承蓋的水平、垂直、軸向3個方向采集設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。圖1為轉(zhuǎn)速1489r/min,頻率24.83Hz時(shí)電動機(jī)驅(qū)動端水平方向振動頻譜圖,圖2為電動機(jī)非驅(qū)動端的軸向振動頻譜圖。

由圖1可以明顯地看出,電動機(jī)驅(qū)動端水平方向以1倍頻和2倍頻分量為主要分量,多數(shù)情況超過1倍頻分量,2倍頻下的振幅約為1倍頻下振幅的2倍,3倍頻以上工作頻率下的振幅較小。從圖2可以看出,電動機(jī)非驅(qū)動端軸向以1倍頻振動為主。

依據(jù)齒型聯(lián)軸器連接的不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要振動特征:齒型聯(lián)軸器不對中故障的特征頻率為角頻率的2倍;由不對中故障產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子的激振力隨轉(zhuǎn)速的升高而增大;激勵振幅與不對中量成正比,隨不對中量的增加,激振力產(chǎn)生的振幅呈線性加大。

通過對電機(jī)驅(qū)動端與非驅(qū)動端振動頻譜比較分析,發(fā)現(xiàn)水平1倍頻均超標(biāo),并伴有2倍頻、3倍頻、4倍頻等工作頻率下的振動,且2倍頻基頻諧波較突出,顯示聯(lián)軸器有對中問題;同時(shí)風(fēng)機(jī)的振動對負(fù)荷變化比較敏感,振動幅值隨負(fù)荷的增加而升高現(xiàn)象比較明顯,因此可以推斷風(fēng)機(jī)與電動機(jī)間齒型聯(lián)軸器存在對中問題,角向不對中問題突出。

軸系若具有過大的不對中量時(shí),即使轉(zhuǎn)子能夠聯(lián)接上,也會導(dǎo)致聯(lián)軸器不符合其運(yùn)動條件而使轉(zhuǎn)子在運(yùn)動中產(chǎn)生巨大的附加徑向力和附加軸向力,使轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動和軸承的早期損壞,這對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有更大的破壞性。

1.2時(shí)域波形分析

圖3為電機(jī)轉(zhuǎn)速為1489r/min,頻率為24.82Hz時(shí)電動機(jī)驅(qū)動端軸承水平方向振動時(shí)域波形圖。圖中顯示原始振動信號為畸變的正弦波,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動1圈時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)2次跳躍,跳動幅值較大,由此可進(jìn)一步證明電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)軸器對中存在嚴(yán)重缺陷。

1.3電機(jī)軸承與風(fēng)機(jī)軸承的振動相關(guān)分析

為進(jìn)一步明確聯(lián)軸器對中問題,對電動機(jī)及風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行相位分析。由于設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài),無法在聯(lián)軸器處加裝鑒相標(biāo)志,無法采用常規(guī)的手段獲得聯(lián)軸器兩端軸承的相位隋況,因此采用相關(guān)分析的方法來獲取需要相位數(shù)據(jù)。

采用美國CSl2120雙通道分析儀,設(shè)置通道A為觸發(fā)信號通道,通道B為檢測分析通道。在兩側(cè)信號相關(guān)值為1時(shí),測得此時(shí)的1倍工作轉(zhuǎn)速下兩通道信號的相位差見表1。

通過表1可以看出,風(fēng)機(jī)驅(qū)動端與電動機(jī)驅(qū)動端水平、垂直、軸向的相位約為180度,即相位相反。依據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)同一方向的相位差在角位移不對中時(shí)約為180度的結(jié)論,因此可證明聯(lián)軸器對中存在嚴(yán)重問題。

綜合以上3方面內(nèi)容可判斷聯(lián)軸器對中故障是電動機(jī)異常振動的原因。下面分析聯(lián)軸器故障機(jī)理及故障部位,查找故障根本原因。

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