某型引风机变频改造后电机断轴原因分析_张磊
高压电机断条的原因分析与改进
高压电机断条的原因分析与改进摘要：旨在讨论高压电机断条实例，研究分析了转子断裂的原因，结合实际，总结出了改进转子断裂的措施、工艺要求及质量要求。
关键词：高压电机转子断裂措施工艺要求质量要求高转速、大容量、重转矩龙型异步电动机的结构简单，运行维护方便，在电力行业的应用已相当广泛。
因为设计、制造、运行等原因，电动机的转子断条现象十分严重。
1、转子断条实例某厂2*142MW的供热机组，共配有66台高压电机，自投运以来发生了如下转子断条的情况：2008年，某炉B吸风机的电动机在运行中跳闸，经过检测，是电阻绕组的绝缘被断裂的笼条划破所致，导致转子笼条几乎全部断裂，返厂修理；2009年，某炉B吸风机的电动机转子导条断裂后，对其他3台同类型的电动机停运检查，转子导条断裂较严重，返厂修理；2010年，在机组大修中，对2对炉的排、磨、吸、送、抽电机均进行解体检查，发现4台排粉机、4台磨煤机转子导条断裂共20根，返厂处理，采取把铁芯至端环笼条缩短进行重新焊接的方法。
以上仅为电厂三年内的电机转子笼条断裂故障统计及处理的情况，其他各电机厂转子导条断裂的现象也较普遍，断裂位置均是发生在导条断裂芯轴向槽口部位和端环焊接处，处理的方法相似，采用缩短导条进行重新焊接的方法。
而采取缩短导条进行重新焊接的方法无法从根本上解决其问题，需从设计、制造、运行等诸方面，对转子导条断裂的原因、机理做进一步的分析，对电机转子导条断裂从根本上有一定的认识，以便对以后电机转子的结构设计、制造、选型、运行有一定的帮助。
2、转子断裂原因分析笼条断裂和电机负载形式，以及起动的情况有关，一般有以下几个原因：(1)笼条端环的结构不合理，端环是整体，笼条和端环均采用刚性连接，对于单根笼条，其不能够自由伸缩，容易在焊接处产生应力集中。
(2)为保证外笼条大的电阻率，其材质的机械强度低，不能够承受大的拉力，如：焊接工艺不良，其热应力将极易造成在端环处断条。
(3)笼条在铁芯槽内压接不紧，在运行中，由于离心力的作用导致窜动较大。
风电机组变桨轴承联接螺栓断裂分析及治理
·杨张斌1,廖晖2,胡宗邱1,赵伟2,张斯翔1(1.中国三峡建工(集团)有限公司,四川成都,610000;2.东方电气风电股份有限公司,四川德阳,618000)摘要:针对变桨轴承螺栓断裂问题,进行螺栓断裂原因分析及各项螺栓性能测试,得出扭矩系数超标是影响螺栓断裂的主要原因,提出来改进措施,对风电机组的设计及安装维护具有重要的指导意义。
关键词:风电机组,螺栓,断裂,扭矩系数中图分类号:TK83文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)03-0070-03 Fracture Analysis and Treatment of Connecting Bolt of Pitch Bearing of Wind TurbineYANG Zhangbin1,LIAO Hui2,HU Zongqiu1,ZHAO Wei2,ZHANG Sixiang1(1.China Three Gorges Construction Engineering Corporation,Chengdu Sichuan,610000;2.Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:In view of the bolt fracture of pitch bearing,the bolt fracture reason analysis and various bolt performance tests are carried out.It is concluded that the excessive torque coefficient is the main reason affecting the bolt fracture,and the improvement measures are put forward,which has important guiding significance for the design,installation and maintenance of wind turbine. Key words:wind turbine,bolt,crack,torque coefficient基金项目:中国长江三峡集团有限公司科研项目第一作者简介:杨张斌(1983-),男,硕士研究生,高级工程师,参与三峡集团与东方风电10MW海上风电机组联合研制与示范应用项目。
一起风力发电机组联轴器断裂事故分析
一起风力发电机组联轴器断裂事故分析摘要：随着风力发电行业的高速发展，越来越多的机组投入运行，部分机组运行已有一定年限，风力发电机组故障越来越多，严重影响到机组的可靠运行，因此风机后期的运维显得尤其重要。
由于我国风电企业的研发、技术人员实践经验不足，现场人员技术水平层次不齐、出现技术脱节现象，造成大量的安全事故隐患。
下面就新疆某风电场风机联轴器断裂事故进行进行认真分析、总结，找出事发时的真实原因，并采取有效的预防措施，尽量避免类似事故的再次发生。
关键词：风力发电机组；联轴器；断裂；分析1 风电场机组概况新疆某风电场XX-2.0MW机组于2013年5月开始安装作业，2013年10月完成机组调试并网作业，经240验收合格后，正式投入商业运行。
该风电场运维是由风机厂家承担，运维人员共计5人，投产后，该风力发电机组每年开展一次半年检和全年检。
2 事件经过该机组齿轮箱高速轴由于定位销出现问题导致轴承磨损严重损坏，随后，重齿厂家人员对其进行维修。
完成齿轮箱高速轴更换后，运维人员完成联轴器安装和传动对中作业。
机组启机转速运行至520rpm（数据库中搜集的数据显示）时，SCADA报警：“变桨400V过载”及“机组急停激活”等多重故障后停机，随后运维人员上塔检查，发现联轴器已断裂。
3 现场检查情况3.1联轴器断裂，中间管掉落，膜片、法兰变形甚至掉落。
3.2高速轴制动钳、制动盘受到撞击损坏，外表面出现破损、凹坑，无法继续使用。
3.4齿轮箱低速轴滑环受到联轴器断裂部件撞击，出现断裂现象，已损坏，无法继续使用。
3.5风机在线监测系统中机组转速趋势图转速趋势图显示，机组在21点左右有过一点明显的启停过程，最大转速到1200RPM左右，但稳定时间极短，即呈现快速下降过程。
3.6机组联轴器测点采集的时域波形图多时域波形图中可见4V、5V测点明显冲击特征，冲击周期为转高速轴转频，此时高速轴转频为20Hz左右，同时刻7H测点时域中存在极大幅值的冲击，冲击的周期中不仅存在高速轴转频，同时存在2倍高速轴转频间隔冲击，此为联轴器故障特征之一。
某电厂辅机变频改造后轴系断裂问题
某电厂因引风机变频器频繁出现故障且已近使用期限，对两台引风机变频器进行更换。
11月5日，机组启动，变频器投入运行。
11月7日，A引风机电机因轴瓦温度高跳机，检查发现轴瓦磨损严重，电机靠对轮侧轴颈出现斜45°交叉裂纹。
11月11日，B引风机电机因轴瓦温度高跳机。
同样轴瓦磨损严重，电机靠对轮侧轴颈出现斜45°交叉裂纹，较A引风机电机更严重。
电机参数锅炉编号#1炉电机型号YSPKK900-6W制造湘潭电机股份有限公司转速995 r/min额定电压6kV额定电流747A额定功率6500kW功率因数0.87绝缘等级F级风机参数锅炉编号#1炉配用引风机型号HA46236-8Z制造厂家成都电力机械厂型式静叶可调轴流式风机轴功率6221kW转速995r/min流量560.3m3/s静叶调节范围－75°（关闭）～+30°（全开）全压9847Pa轴承箱润滑方式油脂润滑油脂牌号LGMT3A 引风机故障现象轴承温度数据数据变频器电流数据数据B 引风机故障现象轴承温度数据数据200400600800电流数据 变频器电流 引风机电流1020304050变频器频率数据变频器频率轴系情况故障分析电机电流录波情况对电机电流进行fft问题分析及预防措施1、电机裂纹原因？2、解决措施及方案，目前厂家方案是尽量减小谐波分量3、变频改造后可以进行哪些试验？。
风机联轴器断裂原因分析
风机联轴器断裂原因分析张琴;李锁才;岳苗;张蔓【摘要】A membrane blower coupling fractured during the trial operation. Means such as macro examination, metallographic examination, chemical compositions analysis, and mechanical properties test were used to analyze fracture reason of the coupling. The results show that overheated microstructure caused by unsuitable heal treatment was the main reasonfor the frcature, which resulted in poor toughness of the coupling. And the stress wits not released in time by annealing. Finally early brittle fracture of the coupling occurred in service. Aloe, quenching and tempering treatment to the fractured coupling, the impact toughness wits greatly improved, and the comprehensive mechanical properties of the coupling were excellent.%某风机在试运行过程中其膜片联轴器发生断裂失效，采用宏观分析、金相检验、化学成分分析和力学性能测试等方法对联轴器的断裂原因进行了分析。
引风机轴断裂原因分析
图1 引风机轴断裂现场照片引风机轴断裂原因分析张雪涛1，何新民2（1.独山子石化公司研究院设备研究所， 新疆 独山子 833699）（2.独山子石化公司乙烯厂储运联合车间， 新疆 独山子 833699）[摘 要] 通过对引风机断轴开展现场调查、断口形貌及成分分析、力学性能、金相分析等材质分析，综合判断该轴断裂原因为轴肩处结构不合理导致该处应力集中，在疲劳载荷下其表面机加工缺陷及激光熔敷淬硬区萌生裂纹源，且该轴未进行调质热处理，导致其抵抗疲劳载荷的能力偏低，疲劳裂纹不断扩展直至失稳断裂。
依据断裂原因，提出预防轴断裂的建议。
[关键词] 引风机断轴；断口形貌分析；应力集中；疲劳断裂；激光熔敷淬硬区作者简介：张雪涛（1975—），男，硕士，高级工程师。
在独山子石化公司研究院设备研究所主要从事金属材料理化检测及失效分析工作。
某炼厂重整加氢联合车间芳烃装置加热炉引风机运行不正常，解体检查发现风机轴在叶轮处断裂（见图1）。
为此委托对断轴进行断裂原因分析。
1 现场调查由车间提供的信息及现场调查情况可知，断轴所属芳烃装置加热炉的空气预热器引风机与加热炉同时投用，至发生断裂时已使用逾20年，累计运行约17.5万工时。
引风机J-602轴转速为980rpm ，每次装置大修时均对该风机叶轮、轴承进行拆检并更换轴承。
引风机工作介质为烟气，烟气温度130℃。
该引风机叶轮受烟气冲蚀较严重，但对轴及轴承的腐蚀不明显（见图1）。
该轴断裂的11个月前，该引风机叶轮曾因烟气冲蚀后发生失稳，引风机轴头键槽部位因失稳导致磨损，后车间委托某机械制造公司为其修复键槽缺陷，对轴表面进行了整体激光熔覆，并在原键槽对面开设了新键槽。
引风机自修复键槽后，引风机的前后轴承测点速度、加速度、冲击能量、温度均为正常值，无明显趋势变化，该引风机运行正常。
从运行时振动监测数值分析看，可排除转子不平衡或存在碰磨等故障。
2 理化检验对断轴开展断口形貌分析及材质分析。
电机断轴原因
电机断轴原因
电机断轴是指电机的轴发生断裂或断裂现象。
电机断轴的原因有很多，下面将从设计、制造、使用和维护等方面进行分析。
设计方面是导致电机断轴的一个重要原因。
设计不合理、结构强度不足、材料选择不当等都可能导致电机断轴。
在设计过程中，应该充分考虑电机的工作负荷和使用环境，合理选择材料，确保电机的轴能够承受预期的工作负荷。
制造方面也是导致电机断轴的一个重要原因。
制造过程中的加工不精确、焊接质量差、材料缺陷等都可能导致电机轴的强度不足，从而发生断轴现象。
制造过程中应严格控制质量，确保电机轴的强度和可靠性。
使用过程中的过载和震动也是导致电机断轴的原因之一。
如果电机长时间工作在超负荷状态下，轴会承受过大的力，容易发生断裂。
此外，如果电机在使用过程中受到较大的震动或冲击，也可能导致轴的断裂。
因此，在使用电机时要注意合理控制负荷，避免过载，并且要保证电机的稳定运行，避免产生过大的震动和冲击。
维护不当也是导致电机断轴的一个重要原因。
如果电机长期没有得到保养和维护，轴上的润滑油会逐渐减少，从而导致轴的摩擦增加，轴的磨损加剧，最终可能导致断轴。
因此，在使用电机的过程中要定期检查和更换润滑油，保证电机的正常润滑和维护。
电机断轴的原因主要包括设计不合理、制造质量问题、使用过程中的过载和震动以及维护不当等。
为了防止电机断轴，我们需要在设计、制造、使用和维护等方面都要注意，确保电机轴的强度和可靠性，合理控制负荷，避免过载，保证电机的稳定运行，定期检查和更换润滑油，保证电机的正常润滑和维护。
只有这样，才能有效地预防电机断轴的发生，提高电机的使用寿命和可靠性。
风电电气运行中的常见故障及应对措施 张磊
风电电气运行中的常见故障及应对措施张磊摘要：随着经济和各行各业的快速发展，在我国当前发展建设过程中，风力发电是一种较为重要的发电形式，通过风力发电不仅可以保证城市巨大的供电量，而且符合当前绿水青山的生态环保理念。
风力发电机是风力发电的主要部件，能将自然界的风能转化为少部分的机械能和大量的电能。
但目前，风力发电机在运行过程中仍存在较多问题。
由此，本文首先分析风力发电机运行过程中存在的主要故障，然后探讨出现故障的原因，最后提出风力发电机运行维护策略。
关键词：风电场电气设备；风力发电机；维护引言：随着经济和科技水平的快速发展，风电场电气设备是由风力发电机组、箱式变压器、集电线路、主变压器以及配套的控制设备、无功补偿设备。
目前我国主要的任务就是对这些构成设备进行管理与维护，风电场电气设备某些环节容易出现故障，比如机械摩擦过热、叶片损坏、齿轮故障、变压器故障等情况，这些都是风场电气设备中的常见问题。
做好常见问题的维护与保养，将有效延长风电场电气设备的使用寿命，减少运行成本，提高经济效益。
1风力发电机运行过程中存在的主要故障1.1发电机叶片故障风力发电机的叶片是发电机组的动力源泉，是风力发电机的重要组件之一，叶片的好坏直接影响整个机组的性能和发电效率。
由于风力发电机是依靠风力发电，因此风力发电机大多安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又在高空、全天候条件下工作，容易受到极端天气的影响，故障率在整机中约占三分之一以上。
一旦叶片发生故障，整个机组就必须停止所有工作进行抢修，严重的还必须更换叶片，这会给风电场带来极大的经济损失。
1.2变流器故障变流器是风力发电机的重要组成部分，其主要作用是在叶轮转速变化的情况下，控制风电机组输出端电压与电网电压保持幅度和频率一致，达到变速恒频的目的，并且配合主控完成对风电机组功率的控制，且保证并网电能满足电能质量的要求。
目前，变流器散热有风冷和水冷两种方式，变流器柜体也是需要散热的，变流器如果散热效果不好，柜内温度过高，会对里面的一些热敏感元件或者线路产生一定影响。
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华北电力技术
NOＲTH CHINA ELECTＲIC POWEＲ
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纹（ 如图 1 ） 。
1． 5
电子显微镜观察
对断口取样进行超声清洗后， 在电子显微镜 下观察其微观形貌。 在断口的不同部位， 观察到 撕裂棱（ 图 3a ） 、 较浅的韧窝 （ 图 3b ） 、 撕裂台阶、 多方向的疲劳纹。 疲劳纹都是在棘轮状断口区 发现的， 同时还发现大量因振动而产生的裂纹 。
（ 2）
经计算， 转轴材料扭转循环一次断裂的疲劳 3 循环 10 次断裂的疲劳极限为 极限为 400 MPa，
图5 应力分布 / MPa
6 338． 2 MPa， 循环 10 次断裂的疲劳极限为 56． 8 MPa， 由此绘出曲线， 如图 7 所示。由于在额定工
2． 2
引风机轴系扭振特性计算
采用集中质量法进行模态分析， 计算到引风 机轴系的扭转固有扭振频率与扭振振型， 得轴系 的一阶扭振临界转速为 920 r / min。 分析认为， 当风机转速达到 1 /2 倍的一阶扭 转临界转速 （ 即 460 r / min ） 时， 很可能激起风机 轴系扭转共振， 扭振足以在较短时间内对轴系造 成破坏。 2． 3 疲劳强度分析 图 6 是该电动机轴轴颈部位示意图， 其基本
Analysis of An Induced Draft Fan Motor Shaft Failure After Inverter Ｒetrofit
Zhang Lei1 ， Zhang Junjie1 ， Ge Hongchang2 ， Li Ying1 ， Du Jinfeng1 ， Qin Zhiwen3
改造后的试验过程中发生了引风机电动机短轴事故 。 文章利用金相组织、 扫描电镜等手段系统分析了电动 机断口， 并对轴系的安全性进行了分析 ， 包括断口部分的应力分析 、 轴系扭转固有频率计算以及疲劳强度分 析。分析结果认为， 扭转共振是造成此次引风机电机断轴的主要原因 。 关键词： 变频； 引风机； 断轴； 改造； 中图分类号： TK416 文献标识码： B 9171 （ 2013 ） 12005003 文章编号： 1003-
图 1 发电机侧的断口
1． 2
化学元素成分分析
实测 试 样 化 学 成 分 符 合 GB / T1591 － 2008 《低合金高强度结构钢 》 标准对 16Mn （ Q345B ） 的 成分要求。见表 1 。
表1
元素 C Si Mn P S 试样值 0． 16799 0． 43545 1． 351 0． 01566 0． 00478
0
引言
近年来， 以节能为目的的变频改造技术得到
［1 ， 2 ］
改造 的 第 一 台， 改 造 后 的 运 行 频 率 为 13． 5 ～ 50 Hz。改造后的试验过程中发生了电动机轴断 裂事故。文章对变频改造后电动机轴断裂的原 因进行了数值和试验的分析。 ， 但若改造准备不充分也会引起一
迅速推广
些问题， 如转动设备转速进入轴系的固有频率区 严重时将导致部分轴系断裂事故 引起共振现象， 等， 直接影响到机组的安全经济运行 。 某电厂 5 A 引风机为 AN35e6 （ V19 ） 型静叶 调节轴 流 式 风 机， 风 机 全 压 7 462． 7 Pa， 流量 523 m / s， 轴功率 4 512 kW， 转速 735 r / min， 转子 转动 惯 量 5 400 kg · m ， 配套电机额定功率 5 000 kW， 电压 6 kV， 额定转速 746 r / min， 频率 50 Hz。该引风机为国内同类型大型引风机变频
（ 1． Shenhua Guohua （ Beijing） Electric Power Ｒesearch Institute Co． ， Ltd． ， Beijing 100025 ， China； 2． North China Electric Power Ｒesearch Institute Co． ， Ltd． ， Beijing 100045 ， China； 3． Institute of Engineering Thermophysics of Chinese Academy of Science， Beijing 100080 ， China） Abstract： The inverter of induced draft fan 5 A was retrofitted for energy saving of a power plant． The operating freinduced draft fan motor shaft broke． Severquency changed from 50 Hz to 13． 5 － 50 Hz． During the afterretrofit test ， al approaches were used to analyze the fracture through metallurgical structure analysis and scanning electron microscope． The shaft system safety was also analyzed including fracture stress analysis， calculation of torsional natural frequencies of shaft system and fatigue strength analysis． The result showed that torsional resonance is the main reason of induced draft fan motor shaft failure． Key words： frequency inverter； induced draft fan； shaft failure； retrofit
图3
电子显微观察
试样实测化学成分
元素 Cu Ni Cr Mo V 试样值 0． 2286 0． 06877 0． 1055 0． 02131 0． 00473 标准 ≤0． 20 ≤0． 012 ≤0． 30 ≤0． 10 ≤0． 15
1． 6
综合分析
标准 ≤0． 20 ≤0． 50 ≤1． 70 ≤0． 035 ≤0． 035
1． 4
金相试验
从纵 截 面 和 横 截 面 观 察 倒 角 处 内 部 裂 纹 （ 图 2） ， 发现裂纹的发生、 发展， 其走向与带状组 织、 网状组织的形成方向不同。
图4
电机轴计算模型
根据电动机的额定出力计算额定扭矩 。 以 额定扭矩作为负载， 计算断裂部位的剪切应力分
图2 内部裂纹走向
布， 如图 5 所示。电机轴最细轴段的变径处剪切 应力明显高于其他部位， 且变径处正是电动机轴
图6 表3
数值 轴颈直径 d / mm 轴肩外径 D / mm 过渡断面倒角半径 r / mm 额定扭矩 / N·mm 抗扭截面模量 / mm3
轴颈部位示意图 轴颈基本数据
单位 225 290 2 5． 86 × 10 7 N·mm 2． 237 × 10 6
风机转速达到 1 /2 倍的一阶扭转临界转速时， 很 ， 可能激起风机轴系扭转共振 扭振足以在较短时 间内对轴系造成破坏。 扭振共振的发生可能会 使引风机轴系强度较为薄弱的部位首先产生裂 纹， 电机轴裂纹的产生会使得轴系的扭转刚度下 降， 伴随着轴系扭转刚度的下降， 轴系扭转临界 转速会随之下降。 此时若仍使轴系运行于低转 速共振区， 引风机轴系在初始破坏裂纹产生的基 础上可能会发生严重的轴系毁坏。 根据故障记 录， 轴系在转速为 338 ～ 397 r / min 时振动较为明 显， 最终在该转速范围内断裂， 该现象的发生基 本上印证了前述推理。 （ 下转第 72 页）
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电动机转轴金相分析
宏观检查 对 5 A 引风机电机驱动端转轴引风机侧的断
口进行宏观检查， 发现断口边沿整圈都裂在最小 轴径部位 的 轴 肩 倒 角 处， 而断口中间则参差不 齐， 断口上最高点与最低点之间的轴向距离超过 40 mm， 属于比较典型的棘轮状断口形貌， 观察电 动机侧的断口， 在棘轮状断口上看到多处疲劳条
由式（ 1 ） 得额定工况最危险截面的扭转剪应 力为 28． 6 MPa。 τN = Mn / W （ 1）
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通过检修维护可使 8 台机组供电煤耗平均值降 低 0． 19 g / kWh； 通过技术改造可使 8 台机组供电 煤耗平均值降低 0． 60 g / kWh。 若上述措施全部采用， 预计可使 8 台机组供 电煤耗平均值降低 6． 86 g / kWh， 折算国华电力煤 耗降低约 1． 6 g / kWh。 参考文献
52 断裂的部位。
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由式（ 2 ） 得理论扭转应力集中系数为 2． 556 ， 存在过渡断面的轴考虑缺口效应后的实际应力 集中系数为 2． 376 ， 明显偏高， 说明轴肩倒角处存 在较为明显的应力集中。 0． 6 （ D － 1 ） × 0 ． 025 K ts = 1 + d D r （ d － 0． 9） d
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某型引风机变频改造后电机断轴原因分析
张
1 1 2 磊， 张俊杰 ， 葛鸿昌 ， 李 1 1 3 英， 杜晋峰 ， 秦志文
（ 1． 神华国华（ 北京） 电力研究院有限公司， 北京 100025 ； 2． 华北电力科学研究院有限责任公司 ， 北京 100045 ； 3． 中国科学院工程热物理研究所 ， 北京 100080 ） 摘 要： 某电厂 5 A 引风机进行以节能为目的的变频改造 ， 运行频率由固定频率的 50 Hz 改为 13． 5 ～ 50 Hz，