二线A水泥立磨主电机转子轴裂纹事故案例分析

二线A水泥立磨主电机转子轴裂纹事故案例分析
事故性质：特大设备事故
事故经过：
　　　2007年11月15日，16:00时左右，中控操作员报告二线水泥立磨主电机后轴瓦温度56℃，有升高趋势，水泥车间和设备部人员赶到现场检查，发现新加接地碳刷被卡住，有火花，更换了新碳刷，温度趋于平稳，并有下降趋势，其它未见异常。22:00左右电机后轴瓦温度上升到62℃。温度又趋于平稳，决定维持生产。11月16日8:50左右，检查这台特护电机时，发现电机振动，后轴瓦异音，马上向公司领导汇报，并减料停磨。
　　　综合考虑电机修瓦的前后经历，公司领导研究决定立磨电机送往上海一电机厂进行维修，二线水泥磨提前进入中修。
　　　电机在上海市一电机有限公司的检查修理经过：
　　　11月16日18:30电子装车出厂，11月18日晚电机到达上海一电机厂。11月19日，公司电气技术人员和上海一电机厂一起，对电机进行直阻和绕组绝缘实验（2500V摇表），结果都合格。下午对电机进行解体抽转子检查，发现电机扫膛较严重。厂家对电机定、转子清洗（专用电机清洗液），晚上烘干，次日做耐压试验，决定是保养还是大修。
　　　11月20日上午电机定、转子出烘箱冷却，准备做耐压实验。下午耐压试验结果为：定子交流7KV，转子交流2.7KV，实验结果不合格。电机绝缘受损严重，电机定转子需大修更换线圈。丰润公司技术人员立即公司领导汇报，领导要求做大修准备。公司领导当晚22:30赶到上海。
　　　11月21日，公司领导现场查看电机具体情况，和修理厂专家讨论该电机事故的可能原因及大修方案。最后确定大修方案如下：
　　　1．确保导线截面积不变，设计、更换定子绕组。
　　　2．确保导线截面积不变，设计、更换转子绕组。
　　　3．轴档光车（轴承位）。
　　　4．前、后轴瓦重浇加工。
　　　5．前、后瓦油封更换。
　　　6．滑环车散热沟（深度2mm），表面车平并抛光。
　　　7．新做轴瓦绝缘垫2套（因国内不能做改为测绘）。
　　　8．转子找动平衡。
　　　9．轴瓦备测温原件，及油管连接口加绝缘垫。
　　　10．装配，试车
　　　11．提供事故分析报告
　　　11月22至11月23日，电机定转子拆线，进烘箱升温烘干作线圈下线准备，2:20转子出烘箱后，发现轴负荷侧在轮辐根部有裂纹（约占轴的3/1左右）。向公司领导汇报情况，并将照片传过来，经公司领导同意更换新轴。
　　　11月24日，厂家找到毛坯轴，开始加工新轴，同时拆卸旧轴，安排24小时不间断加工。12月9日晚，电机大修完。22:30电机从上海一电机厂装车出厂，12月11日17:30电机到厂连夜回装，23:30分电机回装就位，开主电机磨合电刷滑环和轴瓦，12月12日早晨，电机精确找正并调整联轴器间隙，16:54水泥立磨带料运行。
　　　遗留问题：运行几天来，电机轴瓦温度正常，运行平稳，但绕组温度偏高，正与修理厂进行交流，准备淡季进行处理。
　　　二线A水泥立磨电机轴瓦的几次检修经过：
　　　1．第一次瓦温高处理经过：
　　　9月17日下午16点，水泥立磨主电机前后轴瓦温度高报警，中控室停机，水泥电气责工、公司领导及设备部技术人员相继赶到现场，检查电机前后轴瓦测温热电阻，前后轴瓦冷却油站的供油压力和前后轴瓦回油情况，均正常。判断轴瓦在供油，冷却和温度检测方面没有问题。再试车时轴瓦温度上升趋势减缓，于是决定减料和降低研磨压力，让电机带负荷观察运行。同时安排设备部抓紧落实轴瓦备件采购。
　　　2．第二次瓦温高处理经过：
　　　9月18日零点班主电机前后瓦各报一次温度高，9月19日决定利用区调限电机会主动停机，抽瓦检查主电机轴瓦温度高的原因。上午11时，工程公司将电机后瓦取出， 检查发现钨金侧面有少量磨损，钨金表面部分厚度减少，但并不影响正常使用，随后将后瓦油池，油管，油箱等地方进行清理并回装。下午18时左右，将电机前瓦取出，发现上瓦有轻微磨损，但比后瓦磨损较重，下瓦北侧磨损严重，最薄处钨金厚度仅剩1mm左右，边缘已有部分钨金脱落。经股份公司机械副总工、工程公司等专家检查，判断此瓦已经不能再进行刮瓦处理，但可以继续使用，等到淡季和减速机大修同步处理，随后对前瓦油池等进行清洗后回装。分析电机瓦异常磨损的原因，大家认为可能是减速机输入轴或联轴器不正，导致电机轴受径向力的结果，也与电机前瓦磨损北侧，而后瓦磨损南侧的现象相吻合，于是安排对电机找正，检查减速机输入轴。
　　　电机找正结果（单位：丝）：
　　　

　　　9月20日凌晨1:50，电机处理完毕，中控室单开电机，电机电流稳定在82A，2:13温度上升到44℃和45℃，在23分钟内瓦温变化基本正常。随后将主电机停下，观察电机前/后轴瓦温度略有下降，说明测温元件和供油润滑系统工作正常。2:21时磨主电机系统带负荷运行，2:29立磨带料，随后连续观察2个小时，瓦温一直正常。到5:08电机前瓦温突然升高，5分钟内上升了5℃，电机前瓦温度到64℃，电机联锁停机。对电机进行检查，并对照前瓦温度曲线，判断电机前瓦可能有部分钨金脱落，但温升并不高，前瓦钨金脱落应不严重。6:13再次将立磨开启，观察瓦温趋势走向正常。随后，安排岗位清洗回油过滤网，发现有少量金属碎屑，经检查是瓦表面钨金；再次清洗时没有。
　　　根据以上情况，安排操作员将磨喂料量控制在170吨/小时以下，对立磨电机进行特护，维修车间倒班电工每一小时巡检一次，对电机的电流，前后瓦温，电机振动情况进行检查。再次敦促设备部采购电机前后轴瓦。
　　　3．第三次瓦温高处理经过：
　　　9月23日零点班和八点班，前后瓦交替报瓦温高停，17:00左右，电机前轴瓦温度升高，鉴于上次检查结果决定抽瓦检查，发现轴瓦钨金脱落严重，已经无法再正常使用。设备部联系修瓦，轴瓦重新浇铸钨金并刮瓦，调整油囊和瓦间隙，电机再次找正并调整联轴器间隙。至9月27日19:00左右，电机回装完毕，单开电机监视运行参数，运转4小时后，前瓦稳定在45℃，后瓦稳定在47℃。然后连接联轴器，9月28日3:33左右立磨电机带料运转。继续对立磨电机进行特护。
　　　4．第四次瓦温高处理经过：
　　　10月18日21:23立磨主电机后轴瓦温度高报（67℃），联锁停车。对照前瓦温度曲线，怀疑后瓦可能有部分钨金脱落或损坏，岗位人员清洗回油过滤网，发现有少量金属碎屑。决定拆瓦检查，发现上瓦有一定磨损，下瓦上沿也有一定磨损。找接触点刮瓦研瓦。10月19日19:00左右，电机回装完毕，空载试车仍然温度高停机，现场检查电机，判断中控室温度显示与实际一致(采取温度表测量和前、后瓦测温回路对调两种办法)，连续测试几次都是一样结果。电话请示股份公司机械副总工，决定晚上再把瓦拆下来，明天早上现场决定修瓦方案。10月20日8:00，股份公司机械副总工来到现场，共同检查轴瓦的磨损情况，指出油囊尺寸和瓦的间隙不太合适，于是重新刮瓦，修整油囊，调整瓦的间隙，回装后瓦并单机试车8小时，前后瓦温度值走势正常，稳定在46℃，电流84A。然后进一步找正电机联轴器并安装，带负载试车2小时，10月20日22:25带料运行，监视电机运行平稳。电机电流约225A左右，前瓦温度53℃，后瓦温度63℃。随后立磨特护运行。
　　　5．第五次瓦温高处理经过：
　　　2007年11月2日16点班开始，电机后瓦又报温度高停机，11月3日零点班拆电机后瓦检查，发现磨损不大，决定由工程公司对电机后瓦刮研修复，到16点班电机后轴瓦修完并回装完毕，空试电机，后轴瓦温度仍然上升很快，很快到达停机温度。11月4日零点班接着拆瓦检查，上午请到股份公司机械副总工、北重退休的刮瓦技师赵技师到现场进行指导，他指出轴瓦顶隙，侧隙及油囊尺寸都不符合要求。经过大家研究决定对后瓦重新浇铸，由赵技师来重新刮研。
　　　11月6日16点多钟，后瓦重新浇注加工完回厂，北重赵技师用自带工具亲自刮瓦、研瓦，并现场指导安装调整，11月7日零点班完毕，试车时后轴瓦温度仍然上升非常快，决定再连夜拆瓦检查，发现下瓦口和上瓦有硬点，股份公司机械副总工、赵技师和大家分析后，决定修瓦再试一次，下午瓦修完并回装完，试车时后轴瓦温度仍然上升非常快，试车两次后，检查电机后瓦热电阻测温杆，发现局部过热，且在翻动时测温杆对电机外壳有时有轻微火花，判断电机有轴电流产生，测量电流在0.1A至0.5A左右波动，在允许的范围内，于是在电机的后轴伸处增加一个接地碳刷。18:02单试电机，后轴瓦温升正常，监视运行1小时，前瓦46℃，后瓦50℃。16点班准备开磨，减速机高压泵出口压力低，最后查出是压力传感器坏，更换至11月8日零点班，二线水泥立磨带料运行。随后电机特护运行，并着手淡季对电机彻底检查，保养或大修的准备工作。
停机时间及经济损失：
　　　此设备事故造成二线A水泥立磨停机632.08小时，直接经济损失约42万元（修理费）。
事故主要原因：
　　　1．电机故障原因：
　　　（1）故障现象：
　　　1) 定转子铁芯相擦，转子扫膛。
　　　2) 转子有轴电压，轴电流产生。
　　　3) 定转子绕组耐压试验，绝缘被击穿。
　　　（2）原因分析：
　　　转子绕组拆除线圈后发现，主轴在负荷侧轮辐焊接根部有明显断裂现象（这个裂纹在转子绕组线圈拆除前无法看到），轴断裂弯曲后使转子铁芯偏心，造成转子铁芯在固定的点周期相擦、扫膛。转子绕组相擦部位慢慢磨损，磨损严重点绝缘破坏，最后转子绕组局部短路，导致轴电压轴电流的产生。随着磨损加剧，轴电压轴电流逐步增大。定转子绕组绝缘磨损后进行耐压实验时，没有达到额定电压就被击穿。电机必须进行更换定转子绕组大修。
　　　总之，造成电机故障的根本原因是轴断裂弯曲。
　　　2．轴断裂的可能原因：
　　　转子制造过程中，轮辐焊接部位经过热处理工艺，应力未能完全消除，存在较多残余应力，当负载过大或所带负载振动较大时，在轴的薄弱环节因应力释放产生裂痕，裂痕扩大产生轴断裂。
　　　总之，轴残余应力的存在及负载过大是产生轴断裂的根本原因。
　　　3．其他原因：
　　　（1）长期满负荷运转（额定电流为239A，工作电流230A左右），及立磨系统不可避免的振动问题，是造成轴断裂的可能诱发因素。
　　　（2）在冀东的检修规程中，没有涉及电机轴电压轴电流的检查规范，和相应的实施技术规范，规定的预防性检查试验项目中也没涉及此项内容。
事故教训及今后的防范措施：
　　　此次电机事故不存在检查，管理不到位，检修措施不力等人为过错因素，因此不追究相关人员责任。
　　　1．在冀东的检修规程中，增加高压电机轴电压轴电流的检查规范和制度，和相应的实施技术规范，在预防性试验中，尽早发现问题。
　　　2．电机轴瓦出现异常的温升和磨损时，应首先检查轴电压轴电流，对于轴电压轴电流超标的电机，应尽早安排轴的整体探伤检查项目。
　　　3．推动集团公司内部建立共享备件库，有条件时可推动与大的伙伴或供应商交换设备数据，利于调剂备品备件，减少故障停机时间。