1、問題提出
隨著青島港10萬t和20萬t礦石系統(tǒng)的快速發(fā)展，青島港集團(tuán)不斷加大對煤炭和礦石裝卸系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，煤炭裝卸系統(tǒng)已經(jīng)由單一的煤炭裝卸作業(yè)發(fā)展成為承載著煤炭和礦石雙重裝卸作業(yè)的重要系統(tǒng)。尤其在礦石轉(zhuǎn)水作業(yè)中，煤炭系統(tǒng)的設(shè)備承擔(dān)著越來越重要的任務(wù)，月轉(zhuǎn)水量達(dá)200萬t，設(shè)備利用率高達(dá)60%以上，這給設(shè)備管理提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。經(jīng)過長達(dá)20 a的運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)備陸續(xù)暴露出故障隱患，白2005年開始，每年約有5臺以上的帶式輸送機(jī)高壓電動機(jī)m現(xiàn)故障。公司僅有的3臺備件捉襟見肘，一度引起設(shè)備管理恐慌，經(jīng)過長時間的高壓電動機(jī)的國產(chǎn)化，這一問題才得以緩解。但是由于新的電動機(jī)參數(shù)與原裝西門子高壓電動機(jī)不匹配，時常出現(xiàn)帶載啟動困難的現(xiàn)象。因此，被迫再次更換并使用修復(fù)的西門子電動機(jī)。
2、研究分析
由于煤系統(tǒng)電動機(jī)經(jīng)過近20 a的運(yùn)行，很多人認(rèn)為故障的出現(xiàn)是長期運(yùn)行疲勞的結(jié)果，這種思想阻礙了對電動機(jī)的故障研究。
從理論上講，電動機(jī)的振動一般分為2種情況：一是電磁方面的原因，當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子處于定子膛內(nèi)，氣隙嚴(yán)重不對稱時，由氣隙磁阻的不一致造成膛內(nèi)磁勢不平衡，運(yùn)行時產(chǎn)生振動；二是機(jī)械原因引起的振動，包括轉(zhuǎn)子機(jī)械不平衡產(chǎn)生的振動，電動機(jī)的零部件磨損或失效（如軸承嚴(yán)重磨損）產(chǎn)生的振動，聯(lián)軸器不對中產(chǎn)生的振動，電動機(jī)安裝基礎(chǔ)不平或不實(shí)等。據(jù)資料統(tǒng)計表明，大中型異步電動機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)振動，大部分由機(jī)械方面的原因引起。
對青島港煤系統(tǒng)2007年底- 2008年間的5臺故障電動機(jī)進(jìn)行研究，其共同特點(diǎn)如表1所示，幾乎所有電動機(jī)的內(nèi)部定子磁泥脫落；大部分定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生摩擦，造成定子繞組燒毀；部分轉(zhuǎn)子籠條熔化；電動機(jī)的負(fù)載端和非負(fù)載端的軸承套磨損超標(biāo)；故障前，有徑向跳動現(xiàn)象。
針對上述現(xiàn)象并結(jié)合電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，做出如下判斷：
1)煤炭系統(tǒng)高壓電動機(jī)功率有200 kW、250kW、300 kW 3種，盡管功率不同，但是，為了便于備件的統(tǒng)一，滿足應(yīng)急情況下的互換性，在設(shè)計時，所有不同功率的電動機(jī)均設(shè)計為統(tǒng)一的機(jī)座及外形尺寸，并且采用了長軸設(shè)計。這可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在長期的運(yùn)行中產(chǎn)生彎曲。
2)電動機(jī)的磁泥脫落，說明有外力存在，導(dǎo)致了電動機(jī)定子線圈的異常振動。
3)所有軸承潤滑良好，但軸承套卻磨損超標(biāo)，其中1盤軸承內(nèi)圈開裂，也懷疑有外力存在。
4)部分高壓電動機(jī)的鼠籠條熔斷，可能存在頻繁啟動，造成轉(zhuǎn)子籠條通過大電流所致。
基于以上判斷，對帶式輸送機(jī)的驅(qū)動部位進(jìn)行了實(shí)地觀察和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)：
1)有振動的高壓電動機(jī)多伴有所驅(qū)動的減速箱的輸入軸有滲油的現(xiàn)象。
2)經(jīng)過與現(xiàn)場運(yùn)行人員交流得知，為壓縮生產(chǎn)時間，在流程轉(zhuǎn)換或超載停機(jī)的情況下，確實(shí)經(jīng)常存在高壓電動機(jī)帶載頻繁啟動的現(xiàn)象。
3)制動器的制動輪內(nèi)部有嚴(yán)重的礦石粉塵囤積現(xiàn)象，部分位置厚度達(dá)25 -30 mm，多數(shù)位置厚度達(dá)到20 mm。
隨即對制動輪內(nèi)的礦粉積塵進(jìn)行了清理，電動機(jī)的振幅有明顯的減小。由此認(rèn)為：造成電動機(jī)磁泥脫落以及轉(zhuǎn)子掃膛的主要原因應(yīng)該與制動輪內(nèi)不均衡的積塵造成的偏心干擾力有關(guān)。于是對礦粉的密度進(jìn)行了測量，達(dá)2.0t/m3。將制動輪內(nèi)的礦粉按照分布情況進(jìn)行測量，測得異常突出點(diǎn)的體積約為70×70×20mm3，經(jīng)計算，此處的偏心質(zhì)量m=0.196 kg，偏心距e=25 cm，將此電動機(jī)驅(qū)動部位簡化成圖1所示，由于偏心質(zhì)量的存在，電動機(jī)的軸端制動輪處于受迫振動狀態(tài)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000 r/min。根據(jù)《理論力學(xué)》中受迫激振力的力幅計算公式
該電動機(jī)的軸頭直徑φ=90mm，這個干擾力相當(dāng)大，由此推斷：
1)由于干擾力的存在，電動機(jī)長期運(yùn)行過程中，會導(dǎo)致端部軸承套及軸承磨損加劇，軸承磨損后，致使電動機(jī)的磁隙不均、電動機(jī)轉(zhuǎn)子及其附帶的液力偶合器、制動器等重心會偏移中心，致使振動進(jìn)一步加劇，從而導(dǎo)致定子的磁泥松脫。嚴(yán)重時，導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸彎曲、電動機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛、定子線圈燒毀等惡性故障。
2)頻繁的帶載啟動，導(dǎo)致了啟動時轉(zhuǎn)子的電流加劇，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)子籠條熔斷現(xiàn)象。
3、建議對策
針對以上的分析，結(jié)合煤炭系統(tǒng)設(shè)備使用的年限，該系統(tǒng)的電動機(jī)基本處于中后期管理階段，故障率處于上升期，因此，提出如下建議：
1)繼續(xù)研究電動機(jī)備件的國產(chǎn)化，避免m現(xiàn)電動機(jī)故障問題集中爆發(fā)造成的措手不及。
2)在同一條輸送機(jī)上盡量采用同一型號電動機(jī)，避免因參數(shù)不同導(dǎo)致的電動機(jī)啟動時出力不均造成的停機(jī)現(xiàn)象。另外，應(yīng)注意變電所內(nèi)相關(guān)保護(hù)裝置的電氣參數(shù)匹配問題。
3)有計劃地將目前存在振動的電動機(jī)拆卸下來，進(jìn)行保養(yǎng)。在未出現(xiàn)電動機(jī)磁泥脫落、電動機(jī)掃膛之前，對電動機(jī)進(jìn)行全面專業(yè)檢測，更換存在問題的部件（如軸承），修復(fù)超標(biāo)的尺寸（如軸承套孔、軸徑、轉(zhuǎn)子直線度等）。
4)要建章立制，形成運(yùn)行人員班班檢查清理規(guī)章制度，加強(qiáng)對運(yùn)行電動機(jī)的檢查檢測力度，利用作業(yè)間隙，及時清除制動輪內(nèi)的積塵。
5)加強(qiáng)技術(shù)改造，建議加強(qiáng)對電動機(jī)制動輪處的研究，在制動輪內(nèi)安裝清除物料的清掃裝置，對于作業(yè)過程中的灰塵及時加以清理。
6)杜絕輸送機(jī)帶載啟動現(xiàn)象，高壓電動機(jī)停機(jī)后，再次啟動時應(yīng)給予10min以上的電動機(jī)冷卻時間，避免反復(fù)啟動造成電流沖擊，導(dǎo)致鼠籠條熔斷現(xiàn)象。
4、結(jié)束語
針對提出的建議，公司從管理制度和技術(shù)改造2方面加強(qiáng)了研究，采取了比較有效的措施，2008年底至今，再沒有出現(xiàn)過電動機(jī)因?yàn)閽咛旁斐傻亩ā⑥D(zhuǎn)子燒毀的故障，有力保障了流程設(shè)備的安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
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