摘要:鍋爐給水泵是火力發電廠中最重要的熱力設備之一，其配套電動機在運行若干年后，轉子發生軸向竄動。本文介紹了給水泵電動機轉子發生軸向竄動的現象及其危害，以及在消除軸竄的措施中所做的大量工作，經過不懈努力，最終采用加裝止推裝置的方法，從而徹底解決電動機轉子的軸向竄動問題。
　　
　　關鍵詞：鍋爐給水泵、電動機轉子、軸向竄動、止推裝置
　　
　　前言：
　　上海石化熱電事業部#1裝置#0～#4汽輪機組總裝機容量為225MW，配有8臺給水泵，其中#3～#8給水泵型號為DG270-140B，配套YK2000-2/990三相高速籠型異步電動機，功率2000KW，泵和電機分別為沈陽水泵廠和沈陽電機廠制造生產，采用彈性柱銷聯軸器連接，設備分別于91～94年間投入運行，至1999年，幾臺泵逐步出現電動機轉子軸向竄動問題。
　　一、電動機轉子支承結構及其工作原理
　　電動機采用二個滑動軸承（#3、#4）支撐轉子，轉子軸徑的軸向端面與滑動軸承兩側的軸向端面(以下簡稱動靜兩端面)之間，留有3～5mm的軸向間隙，且兩側回油間隙基本相同，在轉子在軸瓦上已定位情況下，調整定子磁場中心與轉子鐵芯幾何中心一致，此時，轉子運行位置就是調整位置，動靜之間不會發生摩擦。軸承結構見圖1。
　　電動機啟動時，電轉子在磁場力的作用下，穩定在磁場中心運行；當電動機失電后，轉子在沒有磁場力作用下，在惰走時段內根據自身水平度向水平度低一端移動。

　　轉子正常位置圖
　　二、電機轉子軸向竄移造成電機及泵故障的介紹
　　1、1999年8月上海石化熱電事業部#7給泵電動機轉子運行中向電機側竄移過大。解體發現：電機側軸端保護罩頂出，電機軸瓦（#3、＃4瓦）軸頸處磨損嚴重，軸瓦鎢金都燒熔在軸徑上，軸承檔R角磨損；泵側推力瓦塊鎢金全部燒熔，第十級葉輪導葉出現裂縫，其他動靜部件均有不同程度的磨損；泵與電動機靠背輪的間隙達到23mm，聯軸器彈性圈全部損壞。
　　轉入大修投運后一年，轉子再次出現軸竄且情況更嚴重。其#3瓦一側軸向端面磨去5mm，而且磨損下來的殘余鎢金燒熔在下軸瓦表面上，燒熔面近1/2，下軸瓦表面有裂縫長約15mm，軸瓦無法修復，#4軸瓦情況與#3軸瓦基本相似，檢查電機軸向竄動超標，達到10mm以上。
　　2、2003年1月16日，上海石化熱電事業部#8給水泵啟動后15分鐘不到，發現#4瓦冒出白煙，緊急停泵。解體后發現，電機#4瓦嚴重燒熔，其金屬燒熔軟化受擠壓變形外溢，在主軸上新增一個高、寬各約3mm的環形凸圈（見示圖2和現場照片）；泵與電動機靠背輪聯軸器彈性圈全部損壞，泵側推力瓦塊烏金損壞，所幸當時運行人員發現及時，避免了惡性事故的發生。
　　3、上海吳涇電廠#6給泵在電機定子調整磁中心后投運，不久就察覺水泵負荷下降，電流逐漸上升，直至電流接近高限值時停泵，停泵時惰走時間極短并且有急煞現象。經過解體水泵和電機等部件，發現情況如下：電機轉子向后竄移，#3、4軸瓦端面全部磨損，且已磨至軸承體（鑄鐵材質）；泵體部分推力瓦平衡塊全部損壞，水泵動靜已磨擦。因泵轉子受力平衡因電轉子額外軸向力的介入發生破壞，推力瓦塊逐漸磨損后，最終導致水泵動靜摩擦，整個過程必然是水泵負荷逐漸下降，電流逐漸上升，惰走時因動靜已發生摩擦所以有急剎車現象，致使大修后的水泵，在使用不到1個月后就嚴重損壞。
　　由于給水泵電機轉子發生軸竄，最終是影響給水泵的正常運行，甚至造成設備損壞，因此必須設法消除軸向竄動。
　　三、影響電轉子軸竄的因素分析
　　影響電轉子軸竄的因素主要是以下幾個方面：
　　1、電轉子水平度。
　　該觀點認為電動機前后軸承水平度存在偏差，轉子運行中根據重力自行滑向低位端，從而產生軸竄。上海石化熱電事業部#7給泵電動機曾在檢查中發現定子在軸承處水平度超標：前軸承0.015mm，后軸承0.07mm，隨即將轉子軸承檔水平調整到各為0.01mm，啟動后電機軸先往電機側竄，后往泵側竄，一直在不停游動，說明不了那一側有高低；我們還將轉子竄向側（認為位置低側）人為墊高，誰知運行中經常發生轉子向墊高側移動。這個觀點就隨即被否定了。
　　2、測量調整電機軸向磁場中心。
　　該觀點認為，電動機轉子竄動是因為定子磁場中心（定子鐵芯幾何中心）與轉子磁場中心（轉子鐵芯幾何中心）不吻合，造成運行中轉子向定子磁場中心移動，表現為運行中轉子發生移動。
　　該觀點得到大多數人的贊同，我本人也贊同這個觀點。但定子、轉子鐵芯幾何中心在制造出廠后就已固定，為何剛開始安裝時轉子不發生竄動而要到運行多年后再發生竄動？這個問題一直困擾我們，是否電機運行多年后雖然鐵芯幾何中心未變，但實際因內部零件松動引起磁場中心發生改變？電機制造廠家也無從解釋。我們在定轉子上做了相關電氣試驗，也沒有看出端倪。
　　3、軸對中。
　　軸線對中不良是造成轉子軸向竄動的原因之一。軸線對中有兩種情況：平行對中，角度對中，這兩種不對中情況，都能使聯軸器在旋轉時產生軸向分力，從而引起軸向竄動。從溫度上考慮，對中還應分為冷態對中和熱態對中，當設備達到熱平衡后，其中心軸線都有不同的變化，若熱態時軸線不對中，則要產生較大的軸向力，因而在安裝時，要通過冷態對中運行后，校準熱態時的對中精度，以此為準，完成安裝對中工作。但實際每次檢修調整，我們都將軸對中精心調整到標準數據內，每次都沒有效果，所以我們將它排除在原因外。
　　4、電機定轉子空氣間隙。
　　電機定子與轉子除了有軸向幾何中心對齊外，還有徑向對中問題，這就是空氣間隙。空氣間隙電動機廠家會給一個安裝標準，一般調整在標準內就能保證正常使用，我們每次都調整到要求的下限，也沒有效果。另外，為何剛開始安裝時調整在標準內不發生竄動而若干年后卻要發生竄動，如果真有問題，為何在定轉子試驗中反映不出？這問題同樣困擾著我們。
　　在上訴因素中，本人傾向于電動機的磁場中心或空氣間隙出現問題，其中更傾向是電機磁場中心問題，但苦于現有知識和檢驗裝備等的限制，無法做出進一步的鑒定。
　　四、解決電機軸向竄移的措施
　　從1999年給水泵電動機轉子發生軸向竄動開始，至2003年間，為解決電轉子軸向竄動問題，我們邊分析原因邊排除，在裝置的故障泵上，檢修、搶修不下6次，大修2次，花了很多人力物力，做了大量工作。如：將故障泵電動機基礎鑿去，重新澆筑混凝土，找水平，排除基礎水平度超差、基礎疏松等問題；在每一次的安裝中，我們精調#3、#4滑動軸承水平度，排除軸承水平度問題；精調泵與電機軸對中，排除軸對中問題；精確測量并調整電動機定、轉子空氣間隙、磁場中心，檢查定、轉子是否有零部件松動，定、轉子耐壓試驗，甚至將電轉子更換等等，凡是我們認為會引起故障可能的地方，都進行了仔細、全面的檢查。期間還咨詢水泵和電動機制造廠家、同行業用戶單位，分析原因、制定措施并做了大量試驗，一直無法徹底解決，設備每次安裝后投運，短的三個月，長的不超過一年，又會出現同樣問題。
　　在萬般無奈的情況下，我們決定在電轉子上加裝止推裝置，并一舉解決困繞三年的難題。
　　止推裝置，顧名思義就是防止轉子移動的裝置，它有平衡盤、正反推力瓦塊、推力軸承室等組成，根據轉子上平衡盤與某一方向推力瓦塊間形成的油壓，來平衡轉子軸向力，防止轉子軸向移動。
　　具體措施為：在電動機#4軸瓦的外側，加裝推力軸承室，在電轉子靠#4軸瓦端加工成平衡盤，平衡盤安裝位置處于推力軸承室中間，兩邊各放置數塊推力瓦塊（瓦塊數量、面積根據油壓和所承受的推力來計算決定），從潤滑油總管上接一路φ14進油管進入推力軸承室。電機組裝時，通過推力軸承的調整軸套，將轉子軸頸的軸向中心調整至軸瓦的軸向中心，從而使軸瓦兩側的軸向間隙間距基本相等。結構見圖三。

　　2002年12月3日，#7給水泵加裝止推裝置后試車，從單試電機到帶負荷運轉，電轉子游動量始終在1mm以內，從2003年開始，我們先后在其它幾臺泵上加裝止推裝置，至今運行良好。
　　五、結論
　　電動機轉子軸向竄動問題，近幾年在多家用戶單位出現，廠家和用戶單位做了大量工作，一直找不到真實原因，最后不得不更換電動機。我們也在困擾多年后，開拓思路，從反方向入手，一舉解決了問題，但故障的真實原因還有待于進一步分析。
　　實踐證明,在電轉子上加裝止推裝置是目前解決電轉子軸向竄動的簡便、有效方法，通過改進，能延長電動機使用壽命，確保電動機長期安全運行。