罗杰 薛超
摘 要
三角带传动是核电厂通风系统离心风机的一种传动方式。3、4#机组功率运行期间，电动机断轴、电动机轴承损坏引起定转子扫膛事故是三角带传动离心风机发生了多次的典型而严重的故障模式。为明确产生故障的根本原因，避免同类设备发生重复性故障，本文通过对一起离心风机的现场故障进行深度剖析，通过引用标准、建立模型、理论计算、调研等一系列手段，找到了引起三角带传动离心风机发生以上机械故障的主要原因，为优化相关维修规程建立了重要的理论依据。根据现场条件实施技术改造，将三角带传动风机改造为直连风机，从根本上消除三角带给风机造成的潜在故障风险。
关键词
皮带张力;轴承基本额定寿命;径向力
中图分类号： TM614 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 21
0 引言
风机是核电厂各类通风系统的常用旋转设备。从结构上区分，可以分为轴流风机、直连式离心风机、皮带传动式离心风机。皮带传动式离心风机主要由电动机、主动轮、从动轮、三角带皮带、风机等部件组成。由于三角带的材料属性，该类离心风机运行过程中会不可避免地产生皮带磨损、传递效率降低、皮带过紧、打滑等问题。尤为值得注意的是，皮带传动式离心风机与其他两种风机相比，由于皮带张紧力对电动机轴头主动轮的附加径向作用力，使电动机转轴及其轴承承受除转子重力外的额外径向拉力，电动机转转轴及其轴承使用寿命定会受到影响。若皮带张紧力设置过大，无疑会加速电机轴承疲劳，缩短轴承使用寿命。核电厂电气厂房主通风系统某离心风机2014年8月17日，发生一起离心风机电机轴承损坏进而引发电机定转子扫膛事故。因此，需要对离心风机三角带皮带张力的设定方法，以及设定皮带张紧力后对电动机轴承寿命的影响作出定量或定性分析判断，用于指导现场设备的维护工作。
1 设备和系统概述
1.1 系统概述
DVL，核电厂电气厂房主通风系统，设计用于以下区域的通风：低压和中压配电盘室及继电器室通风;出入口通道区和冷区通风;压缩机房通风。其中低压和中压配电盘室及继电器室通风系统，主要用于对相关区域的运行设备保持其室内温度在规定限值以内，并保持各房间内有微小正压，避免尘埃渗入。该通风系统投运后，可保持冬季房间温度不低于5℃，保持夏季温度不高于35℃。
1.2 设备概述
故障风机的厂内设备位号为4DVL202ZV，厂内设备名称为低压和中压配电盘室及继电器室A列排风机（以下简称2号风机）。主要由风机叶轮、风机主轴、风机机壳、风机轴承座，皮带轮、皮带、皮带罩、电动机、公用底座构成。风机型号为QF-C14-8型，风量45695/h，浙江上风厂制造。风机配套电动机为佳木斯电机厂生产，电动机型号Y2 200L-4，额定电压380V，额定功率30kW，额定转数1452r/min，重272kg。电动机两侧轴承室均设置有注油孔，两端轴承型号均为SKF6312。电机与风机采用皮带传动，皮带型号为窄V带SPB3550。电动机将电能转化为转子机械能，通过带轮与皮带摩擦力的作用使皮带及风机获得动能，从而将机械能从电机侧传递至风机侧。
2 离心风机故障
2.1 故障现象
2014年8月17日，主控室触发某配电盘报警，随后触发火灾报警。运行人员根据报警配电盘锁定故障区域，发现刚刚还在运行的2号风机已停运，空气四周弥漫有焦煳味。维修人员对相关设备进行详细检查，发现2号风机配电开关抽屉内B相熔丝熔断;电动机驱动端轴承保持架扭曲断裂、滚珠变形、轴承油脂发黑;电动机定转子已扫膛，定子表面绝缘材料高温变色、磨损严重。
2.2 原因分析
2.2.1 故障设备检修史
2号风机从机组投运至故障发生前，设备的历史检修时间、检修任务、检修主要工作内容列下表1详细说明：
2号风机预防性维护工作主要包含：
（1）风机轴承半年润滑，工作过程中对皮带张紧力进行调整，张紧力调整范围为60N至80N之间。
（2）电动机清洁与绝缘检查，主要测量电动机基本电气参数。
（3）电动机6个月加油脂，目的是保证电机两侧轴承润滑充足。
（4）电动机解体大修，预维周期为3年。主要工作内容为电动机抽转子，定转子目视检查，电机机械尺寸测量，更换两端轴承。
2号风机作为低压和中压配电盘室及继电器室排风机，设计上要求电厂功率运行期间连续运行，不切换、不停运。2013年1月15日该风机与电动机进行同步解体检查，电动机两端更换新轴承。2014年8月16日，电动机发生定转子扫膛事故，这两个时间点的时间间隔为18个月，由于402大修期间该设备停运近半月，故2号风机电动机新轴承的实际使用寿命为17.5月。
2013年1月15日，电动机进行解体检修，期间更换了电动机两侧轴承。该轴承為电厂备件仓库正品轴承，在轴承安装前进行手盘检查，转动灵活无异常。电动机组装后进行通电空载试验，轴承无异音，电机本体温度、轴承温度、三相电流一致性均满足要求。因此，2号风机故障不是因电动机轴承质量或轴承安装问题造成的。
对比秦二厂2号机组同位号风机，均为皮带传动，电动机功率均为30kW，风机型号相同，均为QF-C14-8。电动机解体检查项目预防性维修周期相同，均为3年。通过查阅历史工单并与秦二厂2号机组维修部门了解，秦二厂2号风机在电厂功率运行期间从未发生轴承损坏并导致电机扫膛的故障。所以，2号风机电动机解体周期设置为3年是合理。电机解体项目预维周期不合理不是引起电机轴承损坏的原因。
电动机自2013年1月15日解体检修任务完成后，严格按照PM项目，在规定的时间间隔定期进行轴承6个月加油脂工作，即电动机两端轴承有足够的油脂润滑。
为明确电动机轴承损坏的根本原因，引入SKF轴承手册中轴承基本额定寿命概念，代入轴承运转时表征轴承受力的各参量，从计算皮带初始带拉力为起点，对电机轴承（型号SKF6312）基本额定寿命进行估算。
2.2.2 轴承基本额定寿命
可见，通过理论计算，对于离心式皮带风机，皮带张力设置为不同值时，电动机驱动端轴承SKF6312的基本额定寿命会发生明显变化，且较小的皮带张力变化量ΔG会引起更大的轴承基本额定寿命變化量ΔL10h，即皮带张力对轴承基本额定寿命的影响非常敏感，因此对某一设计已完成的皮带传动装置，传动功率、转速、皮带型号、皮带组数已确定的情况下，皮带张力的设定值需由相关国标要求进行严格计算，才能保证设备安全、可靠地运转。
3 维修策略优化
3.1 定标准
为了保证电厂三角带传动式离心风机能够在预维周期内安全高效地为系统服务，尽可能避免2号风机同类设备故障发生，这就要求我们的维修操规程能够正确地指导现场设备的检修维护工作，避免规程关键操作步骤的设定数据不适用于维修对象，给设备连续运行带来隐患。
（1）经过对秦二厂1、2#机组、防城港核电同位号同型号风机的维修规程进行调研以及根据国标 《普通和窄V带传动》中对初拉力公式的应用和计算，在咨询风机厂家意见的基础上，重新对维修规程《扩建机组QF-C14-8型风机全面解体检查》进行升版，维修规程升版原因为“修改张力标准，添加皮带对中数据”。将2号风机皮带张紧力的上下限由“60N-90N”修改成“27N-46N”。
（2）为确保风机运行可靠性，降低设备检修的维护成本。对于现场空间、传动功率满足改造要求的皮带传动风机，在通过设计院、厂家评估后对现场皮带传动风机进行改造，改造为直联风机，风机叶轮直接通过键连接至电机轴。避免了皮带故障或皮带张紧力过大造成设备故障停运，同时也节约了维修成本。目前，我厂3、4#机组电缆层通风系统，13台三角带传动风机已改造为直连风机，改造完成后现场使用效果良好。
4 总结
对三角带传动离心风机电动机，应在满足功率传动的前提下，依据国标《普通和窄V带传动》的相关技术要求，计算不同风机的皮带张紧力设定范围，同时核算电动机轴承寿命，避免因皮带张紧力过大而导致电机轴承寿命在运转过程中严重缩短，造成轴承故障性损坏，引发电动机定转子扫膛事故。
参考文献
[1]窦履豫，刘振国.《V带和窄V带的应用》，《粮食与饲料工业》，2002（6）：8-9.
[2]GBT13575.1-2008，《普通和窄V带传动（第一部分：基准宽度制）》.
[3]SKF，《轴承综合型录》，2010-12.
