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摘要：論述了CFB鍋爐細(xì)碎機(jī)高壓電機(jī)選型及故障原因，為以后擴(kuò)建中細(xì)碎機(jī)配套電機(jī)選型提供參考。
??河北熱電有限責(zé)任公司八期技改工程（河北熱電技改工程）擴(kuò)建4×410 t/h CFB鍋爐。CFB鍋爐對(duì)燃煤粒徑有著不同于煤粉爐的嚴(yán)格要求，要求燃煤粒徑有一定粒度分布。入廠煤經(jīng)環(huán)式碎煤機(jī)，一級(jí)破碎為30 mm以下顆粒，進(jìn)入細(xì)碎機(jī)，破碎后直徑為8 mm以下，才能滿足CFB鍋爐的燃燒要求。
河北熱電技改工程2×410 t/h CFB鍋爐細(xì)碎機(jī)的選型，是通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的CFB鍋爐的配套碎煤機(jī)的調(diào)研，得知國(guó)產(chǎn)碎煤設(shè)備的出料粒度滿足不了CFB鍋爐的要求，于是決定細(xì)碎機(jī)本體采用技術(shù)成熟可靠的進(jìn)口設(shè)備,配套高壓電機(jī)和減震平臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。
經(jīng)調(diào)研，終采用了德國(guó)某公司生產(chǎn)的YPE1212/SIZE1825型500 t/h細(xì)碎機(jī)。該細(xì)碎機(jī)為可逆型反擊錘式細(xì)碎機(jī)，可用于CFB鍋爐煤的細(xì)碎。
1細(xì)碎機(jī)工作原理
當(dāng)符合入料粒度的原料進(jìn)入破碎機(jī)后,立即被以60 m/s高速旋轉(zhuǎn)的錘頭擊向沖擊板,然后經(jīng)錘頭多次打擊,由旋轉(zhuǎn)的錘頭與沖擊板壁之間的擠壓完成進(jìn)一步破碎。碎煤機(jī)的出料粒度可根據(jù)出料細(xì)度,通過(guò)調(diào)整沖擊板與錘頭之間的距離來(lái)確定。
細(xì)碎機(jī)規(guī)格：
入料粒度：99%,0～30 mm
出料粒度分布：>99%， 8 mm，d50=1 mm
生產(chǎn)能力正常時(shí)出力：500 t/h
電動(dòng)機(jī)規(guī)格：
配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：YKK
額定電壓：6 kV?
額定功率：900 kW?
額定轉(zhuǎn)速：600 r/min ?
電機(jī)防護(hù)等級(jí)：IP54
2電動(dòng)機(jī)的選型
2.1轉(zhuǎn)速的確定
河北熱電技改工程用煤的哈氏可磨系數(shù)約為HGI66，實(shí)際使用過(guò)程中，要求細(xì)碎機(jī)對(duì)煤種的適應(yīng)性較強(qiáng)。針對(duì)該工程煤質(zhì)情況，采用YPE 1212型/SIZE1825型細(xì)碎機(jī)。其特點(diǎn)是功率大，轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸直徑大，設(shè)計(jì)富裕量較大，可滿足出力和物料變化等較復(fù)雜的工況要求；同時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低，可使耐磨件壽命顯著加長(zhǎng)，機(jī)器可長(zhǎng)久、穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。如果采用相對(duì)較小直徑、較小功率和較高轉(zhuǎn)速的機(jī)型，雖然可以滿足產(chǎn)量要求，但是機(jī)器轉(zhuǎn)速高于本方案, 極易造成過(guò)破碎現(xiàn)象，在工作可靠性、穩(wěn)定性和物料適應(yīng)性上都不如本方案，同時(shí)耐磨件壽命會(huì)大大降低。機(jī)器使用工況、可靠性相對(duì)較差，壽命較短。采用低轉(zhuǎn)速方案技術(shù)的性能要優(yōu)于高轉(zhuǎn)速方案，同時(shí)確定電機(jī)選用10級(jí)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為600 r/min。
2.2功率確定
電動(dòng)機(jī)功率的設(shè)計(jì)計(jì)算，即細(xì)碎機(jī)的能耗確定，與細(xì)碎機(jī)本身的規(guī)格型號(hào)無(wú)關(guān)，其取決于所需破碎的煤的出力要求、煤種、破碎比。細(xì)碎機(jī)的使用工況即破碎板與錘頭之間的間隙，在相同的處理能力要求情況下，細(xì)碎機(jī)破碎板與錘頭的間隙越小，所需能耗越高。
根據(jù)德國(guó)的破碎機(jī)制造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，單位功耗即單位產(chǎn)量的能耗范圍為1.0～ 1.9（kW·h）/t。根據(jù)中國(guó)的破碎機(jī)制造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，破碎1 t煤/h的能耗，即單位功耗為1.4～ 1.9 kW (見(jiàn)中華人民共和國(guó)原機(jī)械工業(yè)部委托沈陽(yáng)重型機(jī)器廠頒發(fā)的煤用錘擊破碎機(jī)“標(biāo)準(zhǔn)”的補(bǔ)充說(shuō)明)。
根據(jù)招標(biāo)文件中的煤質(zhì)分析表提供的煤質(zhì)分析報(bào)告，河北熱電工程用煤的哈氏可磨系數(shù)HGI約為66，基于此, 德國(guó)某公司計(jì)算出該煤種單位功耗為1.39（kW·h）/t。據(jù)此，同時(shí)考慮電機(jī)的實(shí)際效率93%、偶合器的實(shí)際效率95%，配套電機(jī)的功率P計(jì)算方法如下。
P = 額定產(chǎn)量×單位功耗/電動(dòng)機(jī)效率/偶合器效率+其它機(jī)械損耗（1）
= 500×1.39/0.93/0.95+其它機(jī)械損耗
= 787+其它機(jī)械損耗
=810（kW）
在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)預(yù)留10%的富裕量，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)為900 kW。細(xì)碎機(jī)制造廠終確定河北熱電技改工程使用的細(xì)碎機(jī)的機(jī)械軸功率為810 kW，配套電動(dòng)機(jī)選900 kW。
2.3驅(qū)動(dòng)部分配置選擇
細(xì)碎機(jī)廠推薦電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分連軸器配置為以下4種形式：
a. 電動(dòng)機(jī)+機(jī)械聯(lián)軸器采用此種驅(qū)動(dòng)方式需配套低轉(zhuǎn)速電機(jī)，為減少啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，需配置軟啟動(dòng)器。
b. 電動(dòng)機(jī)＋限矩型液力偶合器采用此種驅(qū)動(dòng)方式需配套低轉(zhuǎn)速電機(jī),限矩型液力偶合器可以有效改善電機(jī)的啟動(dòng)性能，可以有效降低投資成本。因此廠方建議招標(biāo)方考慮采用此種驅(qū)動(dòng)方式。
c. 電動(dòng)機(jī)＋可逆調(diào)速型液力偶合器＋減速機(jī)＋機(jī)械聯(lián)軸器采用此種驅(qū)動(dòng)方式，可以減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，還可以調(diào)整轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度以保證煤的出料粒度符合要求。但采用此種驅(qū)動(dòng)方式造價(jià)較高。
d. 電動(dòng)機(jī)＋高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用此種驅(qū)動(dòng)方式造價(jià)很高細(xì)碎機(jī)制造廠意見(jiàn)是軟啟動(dòng)器承載能力大，啟動(dòng)安全，傳動(dòng)效率高，運(yùn)行可靠?？紤]到重負(fù)荷頻繁啟動(dòng)，根據(jù)制造廠意見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)配備了美國(guó)OTORTRONICS公司生產(chǎn)的軟啟動(dòng)器。
考慮大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，可配置軟啟動(dòng)器?？山档碗姍C(jī)啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)，但因其造價(jià)高, 大功率細(xì)碎機(jī)采用本方案很不經(jīng)濟(jì)，因此在火電廠900 kW電機(jī)配套采用軟啟動(dòng)器，其意義有待探討。
當(dāng)時(shí)也準(zhǔn)備采用限矩型液力偶合器，但當(dāng)時(shí)市場(chǎng)配套困難。經(jīng)了解，現(xiàn)在德國(guó)該廠500 t/h細(xì)碎機(jī)，推薦采用1 500 r/min電動(dòng)機(jī)+限矩型液力偶合器+減速箱，降轉(zhuǎn)后同細(xì)碎機(jī)連接方案。
當(dāng)時(shí)河北熱電按細(xì)碎機(jī)制造廠意見(jiàn)選用德國(guó)FLEENDE公司的 RUPEX RW 630型揉性連接器，運(yùn)行中1臺(tái)揉性連接器損壞后拆掉，改為直接用螺絲連接。
3電動(dòng)機(jī)故障情況
2臺(tái)細(xì)碎機(jī)投運(yùn)后，采用倒換運(yùn)行，A細(xì)碎機(jī)運(yùn)行6月后故障，B細(xì)碎機(jī)運(yùn)行了7月后故障。
A細(xì)碎機(jī)投運(yùn)1月后，電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)異響，運(yùn)行檢修人員認(rèn)為是轉(zhuǎn)子銅條斷發(fā)出的響聲，繼續(xù)運(yùn)行5月后，A細(xì)碎機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行1 h 20 min后（帶70%煤負(fù)荷），運(yùn)行中A細(xì)碎機(jī)電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作，一相高壓保險(xiǎn)熔斷，電動(dòng)機(jī)高壓電源開(kāi)關(guān)跳閘。該電動(dòng)機(jī)從投運(yùn)到故障共運(yùn)行了6月，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)高壓斷路器選用FC開(kāi)關(guān)。
B細(xì)碎機(jī)運(yùn)行5月后，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)異響，運(yùn)行檢修人員認(rèn)為是轉(zhuǎn)子銅條斷發(fā)出的響聲，電機(jī)廠來(lái)人說(shuō)該音響不影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又繼續(xù)運(yùn)行2月，在細(xì)碎機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行1 h 10 min（帶60%煤負(fù)荷）后，速斷保護(hù)動(dòng)作。該電動(dòng)機(jī)從投運(yùn)到故障共運(yùn)行了7月。
電動(dòng)機(jī)停運(yùn)后，經(jīng)解體檢查，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和外鼠籠（啟動(dòng)籠）均嚴(yán)重?cái)嗔?，轉(zhuǎn)子銅條有裂紋，50多根脫落，多處籠條與端環(huán)焊接開(kāi)裂，籠條伸出鐵心端彎曲變形，斷口為脆性斷裂特征，長(zhǎng)處轉(zhuǎn)子銅條脫落30 cm，脫落多塊30 mm×20 mm×6 mm銅板。因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子脫落銅條摩擦，致使電動(dòng)機(jī)定子繞組9處鐵芯槽口絕緣損壞，定子繞組對(duì)鐵心放電短路，引起電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作電源開(kāi)關(guān)跳閘。
電動(dòng)機(jī)制造廠來(lái)人檢查，結(jié)論為：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、定子報(bào)廢。修理費(fèi)用每臺(tái)22萬(wàn)元，而電動(dòng)機(jī)價(jià)格僅為24萬(wàn)元。
4電動(dòng)機(jī)損壞原因分析
a. 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁,每天啟動(dòng)多次。電動(dòng)機(jī)因10級(jí)轉(zhuǎn)速低, 啟動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子散熱慢,啟動(dòng)間隔時(shí)間按規(guī)程要求大于15 min可再啟動(dòng)1次,電動(dòng)機(jī)還未冷下來(lái),建議改為啟動(dòng)間隔2 h以上。啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間有時(shí)長(zhǎng)達(dá)20 s，細(xì)碎機(jī)廠承諾電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為15 s，啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)經(jīng)常動(dòng)作,從斷條部位看損壞原因是轉(zhuǎn)子銅條過(guò)熱。
b. 啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅條上、下溫差懸殊，熱膨脹不均勻，雙鼠籠轉(zhuǎn)子的上籠條電流密度大，導(dǎo)致啟動(dòng)中瞬時(shí)溫升過(guò)高，超過(guò)200～300 ℃，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅條軟化，導(dǎo)致斷條。啟動(dòng)時(shí)銅條中的擠流效應(yīng)，使銅條受到吸向鐵槽口的電磁力, 導(dǎo)致在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心槽口斷條。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)中，定子電流為額定電流的2～3倍，因?yàn)榧恿塑泦?dòng)器，限制了啟動(dòng)電流，在大電流作用下，將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁力作用于電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體溫度急劇上升產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，而此時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量大大高于定子產(chǎn)生的熱量，加之轉(zhuǎn)子自身的離心力和加速?zèng)_擊所產(chǎn)生的切向力，這些力相互作用，循環(huán)交變，時(shí)間稍長(zhǎng)造成籠條疲勞斷裂。
c. 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)在端環(huán)或籠條末端引起作用的加速力，可導(dǎo)致籠條末端彎曲。
d. 鼠籠繞組各部分發(fā)熱不均，所引起的應(yīng)力可使籠條產(chǎn)生裂紋甚斷裂。
e. 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)體自身的離心力和電磁力的方向相反，當(dāng)離心力增加到一定程度后，在電磁力出現(xiàn)零值時(shí)，將導(dǎo)條向槽口方向推去，當(dāng)電磁力恢復(fù)到2倍幅值并大于離心力時(shí)又把導(dǎo)條吸向槽底，如此往復(fù)，相當(dāng)于使兩端鋼性、固定的梁受迫震動(dòng)，也容易產(chǎn)生疲勞斷裂。
f. 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅條為矩型,易松動(dòng)，使鼠籠承受不住離心力、磁場(chǎng)力和熱應(yīng)力的作用，導(dǎo)體在槽內(nèi)產(chǎn)生位移，破壞平衡，產(chǎn)生震動(dòng)，使導(dǎo)體斷裂。
g. 籠條與端環(huán)焊接開(kāi)裂問(wèn)題電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠上的初始應(yīng)力是在焊接工序以后,轉(zhuǎn)子冷卻時(shí)產(chǎn)生的。由于端環(huán)在焊接時(shí)因受熱而直徑增加,然后冷卻而逐漸收縮,但此時(shí)端環(huán)已連接到轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的端伸而變得相當(dāng)堅(jiān)硬,故出現(xiàn)一個(gè)拉伸應(yīng)力,存在于端環(huán)體和新形成的接點(diǎn)之中。初始應(yīng)力的大小取決于焊接溫度的高低，低的初始應(yīng)力相對(duì)于低的焊接溫度，往往制造過(guò)程中溫度控制不嚴(yán)格，造成初始應(yīng)力加大。另外，也由于焊接熔化所需要的熱量在轉(zhuǎn)子圓周上分布不均勻，所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力終導(dǎo)致籠條與端環(huán)焊接開(kāi)裂。制造廠承認(rèn)此種用途電動(dòng)機(jī)應(yīng)重新設(shè)計(jì)。
h. 電動(dòng)機(jī)連接采用直接機(jī)械連接,啟停時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)震動(dòng)沖擊大。據(jù)了解，某電廠采用限矩型液力偶合器連接，運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)損壞問(wèn)題。據(jù)介紹美國(guó)細(xì)碎機(jī)公司電機(jī)同細(xì)碎機(jī)連接，全部采用蛇型彈簧錐型連接方式，以克服啟停時(shí)對(duì)電機(jī)的震動(dòng)和沖擊。
i. 飛錘式細(xì)碎機(jī)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)。機(jī)械軸功率810 kW，配套電動(dòng)機(jī)選900 kW，過(guò)載系數(shù)為1.1倍,偏小,日本某公司配套電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)為1.5倍以上。河北熱電原準(zhǔn)備將900 kW電動(dòng)機(jī)更換為1 000 kW電動(dòng)機(jī)，但考慮減震平臺(tái)的承受力未經(jīng)計(jì)算,未更換。
據(jù)資料介紹，鼠籠式大型異步電動(dòng)機(jī)在重載、頻繁啟動(dòng)情況下經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)焊斷條問(wèn)題，尤其在火力發(fā)電廠，磨煤機(jī)、細(xì)碎機(jī)、風(fēng)機(jī)配套的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的開(kāi)焊、斷條問(wèn)題占電動(dòng)機(jī)事故的60%。這種電動(dòng)機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì),仍是目前重載啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題。
5結(jié)束語(yǔ)
受當(dāng)前國(guó)內(nèi)缺電情況的影響，新開(kāi)工電廠較多。國(guó)內(nèi)幾個(gè)大型高壓電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家，新電動(dòng)機(jī)定貨交貨期在6月以上，河北熱電有限責(zé)任公司無(wú)備用同型號(hào)電動(dòng)機(jī)，2臺(tái)細(xì)碎機(jī)的損壞，對(duì)運(yùn)行造成一定影響。當(dāng)時(shí)考慮到山西陽(yáng)泉煤顆粒較細(xì)，經(jīng)一級(jí)破碎后進(jìn)CFB鍋爐燃燒，但因煤到貨顆粒不穩(wěn)定，易造成CFB鍋爐悶爐，引起停爐。
對(duì)上述2臺(tái)損壞的細(xì)碎機(jī)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)返廠處理，廠家答應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅條由矩型改為T(mén)型，即下寬上窄銅條，用支撐楔子固定，以防止轉(zhuǎn)子銅條安裝松動(dòng)脫落飛出造成故障。為解決鼠籠式轉(zhuǎn)子銅條開(kāi)焊斷裂問(wèn)題，重新購(gòu)置1臺(tái)轉(zhuǎn)子鑄鋁式細(xì)碎機(jī)電動(dòng)機(jī)作為備用。
關(guān)于電動(dòng)機(jī)損壞原因的初步意見(jiàn)為電動(dòng)機(jī)制造廠電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理。電動(dòng)機(jī)制造廠已經(jīng)答應(yīng)改進(jìn)，但對(duì)細(xì)碎機(jī)電動(dòng)機(jī)損壞的其它原因，細(xì)碎機(jī)同電動(dòng)機(jī)的連接方式，細(xì)碎機(jī)同電動(dòng)機(jī)的配套容量選擇，選用啟動(dòng)特性好的電動(dòng)機(jī)等問(wèn)題，還有待于進(jìn)一步觀察分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。