同步電機(jī)輪轂輻板裂紋原因及修復(fù)措施

徐化林 莊小云

(華強(qiáng)化工集團(tuán)股份有限公司 湖北當(dāng)陽(yáng)444105)

0 前言

華強(qiáng)化工集團(tuán)股份有限公司有8臺(tái)6M32型和1臺(tái)6M50型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)，6M32型壓縮機(jī)由 TK3200-16/2600型同步電機(jī)(2007年投運(yùn)，機(jī)組編號(hào)0#)驅(qū)動(dòng)。合成氨系統(tǒng)經(jīng)數(shù)次擴(kuò)能改造，目前氨醇年生產(chǎn)能力達(dá)600 kt，為確保壓縮機(jī)安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)各壓縮機(jī)的主機(jī)、電機(jī)均設(shè)置了振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 第1次故障

2013年11月10日，0#機(jī)組同步電機(jī)主軸瓦6個(gè)測(cè)點(diǎn)、電機(jī)軸瓦2個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)值均出現(xiàn)明顯上升，電機(jī)軸承座振動(dòng)速度達(dá)21.0 mm/s。經(jīng)緊急停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂輻板中部沿圓周方向產(chǎn)生了4條裂紋。

裂紋原因分析：該壓縮機(jī)機(jī)組處于長(zhǎng)期超負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)，同時(shí)還存在帶液現(xiàn)象，頻繁大扭矩起動(dòng)，影響整個(gè)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的平衡性能，產(chǎn)生較大應(yīng)力，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂輻板產(chǎn)生疲勞。

6M32型壓縮機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)壓力與實(shí)際運(yùn)行壓力對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 6M32型壓縮機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)壓力與 實(shí)際運(yùn)行壓力對(duì)比 MPa

項(xiàng)目一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)六級(jí)設(shè)計(jì)壓力吸氣0.0240.240.701.605.15011.00排氣0.240.801.705.1513.4031.40實(shí)際壓力吸氣0.0480.330.661.505.0010.80排氣0.330.741.605.0012.0021.20

采取措施：如果外購(gòu)新電機(jī)轉(zhuǎn)子需3個(gè)月時(shí)間，為減少對(duì)生產(chǎn)的影響，決定采用焊接工藝修復(fù)該電機(jī)轉(zhuǎn)子。查資料得知，該輪轂符合16Mn化學(xué)成分，屬于16Mn鍛件。焊接時(shí)用碳弧氣刨將電機(jī)轉(zhuǎn)子裂紋部分刨出雙U形坡口，然后打磨、清洗、去除油污；焊接部位預(yù)熱至300～350 ℃，采用J507焊條對(duì)坡口進(jìn)行焊接修復(fù)，在焊接過(guò)程中，采用錘擊法消除應(yīng)力；同時(shí)，在裂紋部位增設(shè)加強(qiáng)筋板，提高抗扭強(qiáng)度。焊接完畢后，立即對(duì)焊接部位進(jìn)行局部保溫，實(shí)施自然冷卻。

2 第2次故障

經(jīng)第1次修復(fù)裂紋的電機(jī)轉(zhuǎn)子投運(yùn)初期，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度均正常，一般控制在5.0 mm/s。隨著開(kāi)機(jī)時(shí)間的延長(zhǎng)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度再次出現(xiàn)緩慢增大現(xiàn)象。運(yùn)行10 h后，電機(jī)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度上升至11.0 mm/s。再次停機(jī)，對(duì)輻板采用著色探傷檢查，發(fā)現(xiàn)在焊縫部位出現(xiàn)了眾多細(xì)小裂紋。

裂紋原因分析：第1次修復(fù)裂紋的焊接工藝只采用錘擊消除應(yīng)力，未進(jìn)行全面退火處理，焊接應(yīng)力消除不完全，輪轂輻板單側(cè)焊接加強(qiáng)筋板致使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失效、振動(dòng)偏大、應(yīng)力增加，導(dǎo)致形成第2次裂紋。

采取措施：①取消單側(cè)加強(qiáng)板，在輻板圓孔內(nèi)側(cè)增加圓環(huán)形加強(qiáng)板，將圓孔孔徑由Φ360 mm縮小至Φ200 mm，增加了輪轂輻板的整體強(qiáng)度。②對(duì)裂紋再次進(jìn)行氣刨、打磨焊接。③焊接后，對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行退火，即采用電阻絲纏繞輪轂、外覆蓋保溫石棉，通過(guò)調(diào)節(jié)電流控制升溫速率；嚴(yán)格按照16Mn材質(zhì)焊接退火工藝進(jìn)行加熱、保溫、冷卻；即將工件加熱至620 ℃并保溫2 h，保溫結(jié)束后按2.5 ℃/min的速率降溫至300 ℃(2 h)，再自然冷卻至常溫。

3 第3次故障

電機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)投運(yùn)1 h后，振動(dòng)速度仍出現(xiàn)緩慢增大情況。運(yùn)行24 h之后，振動(dòng)速度達(dá)到10.8 mm/s，被迫再次停車(chē)檢查，發(fā)現(xiàn)是轉(zhuǎn)子輪轂與軸配合松動(dòng)。

輪子輪轂與軸配合松動(dòng)原因分析：轉(zhuǎn)子整體焊接退火后，轂孔發(fā)生膨脹變形，降溫后未能恢復(fù)至原有尺寸，造成與軸配合出現(xiàn)間隙而松動(dòng)。

處理措施：用壓力機(jī)拆出輪轂，對(duì)內(nèi)孔實(shí)施預(yù)熱、堆焊加工，利用機(jī)加工手段重新使輪轂與軸之間配合恢復(fù)至原有過(guò)盈配合尺寸(0.25～0.30 mm)。

4 效果

電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)第3次修復(fù)回裝后，壓縮機(jī)自2013年11月開(kāi)車(chē)已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)月，未發(fā)生故障，電機(jī)軸承座振動(dòng)正常。