主给水泵电机转子压圈与筋焊接处焊缝开裂问题分析论文_张璇,张春宇

摘要：主给水泵电机转子压圈与筋焊接处焊缝出现开裂问题，根据现场处理情况以及电机原理、设计、转子结构、工艺等方面对该问题进行分析，压圈与筋之间没有过盈量，非过盈配合，存在间隙，径向力全靠12条焊缝承受，在电机运转过程中产生扭矩，在力矩作用下，致使焊缝开裂。通过有限元计算，即使不考虑转子铁心与筋的焊接，仅靠过盈配合摩擦力矩以及转子键的作用，足够传递电机额定运行或过载时的转矩。

关键词：给水泵电机；转子；焊缝；开裂

Abstract：Main feed water pump motor rotor had cracking problems of clamping ring and steel welding seam.Based on spot experience and design of rotor structure，there is no interference between clamping ring and steel welding seam，therefore radial force depend on 12 welding lines to bear，thus cracking produced during the motor running.Through finite element calculation，interference fit of friction torque and rotor key was enough to transfer motor rated or overload torque during rated running，even if don't consider the welding of rotor core and reinforcement.

Key words：feed pump；motor；rotor；welding line；cracking

1 主给水泵电机转子压圈与筋焊缝开裂问题介绍

电机作为能量转换的重要装置，是电厂效益必不可少的组成部分，因此，如何维护好电机并能根据运行及检修经验将故障消除在萌芽阶段是摆在所有检修人员中的一个重要课题。

主给水泵电机作为核电站功率最大电机（10000KW），任何一个微小的缺陷或隐患均有可能造成严重的后果，首次大修，在对电机进行例行检查时，发现电机转子压圈与筋焊接处焊缝开裂，转子是电机的核心部位，一旦出现问题，将会给电机造成不可逆的损伤，并且修复时间长，影响大，给电厂的安全和效益造成巨大的冲击。本文着重介绍主给水泵电机转子压圈与筋焊接处焊缝开裂问题的发现、分析以及处理过程，为电机维护、缺陷处理提供参考。

大修执行电机定期检查时，发现1号泵电机转子压圈与筋之间焊接处焊缝开裂，进一步检查，共存在有17到，如图1，对2号泵和3号泵扩检，发现同样存在有焊缝开裂情况，开裂的焊缝都存在于压圈与筋部位，铁芯与筋的焊缝都未发现焊缝开裂。

图1 压圈与筋焊接处焊缝开裂

因焊接处外有较厚的油漆，也有可能油漆涂刷不当造成杂质进入，并不能就此判断焊缝有裂纹，为了确认问题所在，选择了一个较明显焊缝进行打磨，发现焊缝内部也存在裂纹，并进行PT渗透试验，发现焊缝裂纹为贯穿性，为焊缝自身开裂。

2电机转子压圈与筋焊缝开裂问题原因分析

对转子铁芯热套进行计算，计算过程如下：

1）设计资料

电机型号为YKS1000-4TH，功率10000kW，50Hz，额定转速

2）转子铁芯与轴间装配压力的确定

首先确定转子铁芯与焊筋轴间的径向装配压力，以及额定转速时的剩余接触压力，由于理论推导较复杂，采用有限元方法计算。

转子铁心为 91 槽，铁心内径540mm，建立如图2 所示的有限元分析模型。为减小计算规模，只取铁心轴向长度200mm，不考虑转子导条的实际建模，而将导条的重量等效到转子齿部，计算得到铁心齿部的等效密度为12670kg/m3。

有限元计算分别考察转子铁芯与轴最小和最大过盈装配时的接触压力值，可得到初始装配压力（静止状态）和额定转速的时的剩余径向压力值。

方便起见，将六根筋编号如图3所示，计算出了每根筋与铁心的接触压力值（合力），每根筋的径向压力值（直径过盈0.32）。

图2 有限元模型 图3筋的编号与径向装配压力示意图

3）摩擦转矩计算

以上有限元计算结果给出了各工况下筋与铁芯过盈配合径向压力值，由于只建立的部分模型，需换算至整个铁芯长。

该电机转子铁芯轴向有效长为856mm，考虑铁芯叠装时铁芯内圆的不平度以及圆度误差等因素，铁芯与筋的实际接触面积按照其有效长的一半计算，计算各工况转子铁芯与各根筋的平均径向接触压力值见表1所示：

表1 实际径向压力值（每根筋平均）

由此可计算铁心与筋最小和最大过盈配合情况下，在额定转速时，可传递的摩擦转矩值。

根据机械设计手册，钢-钢静摩擦系数为0.15，容易计算径向压力能传递的转矩为：

过盈量0.32时：5375720.150.2710-36 =130.6kN.m

过盈量0.42时：13983260.150.2710-36 = 339.8kN.m

式中0.27为转子铁心内半径，单位m。

由以上计算可知，只有在电机承受最大转矩并且转子铁心与筋为最小过盈配合时可能发生打滑，此时的摩擦转矩按动摩擦系数0.1考虑，计算值为：

过盈量0.32，最大转矩时：5375720.10.2710-3 6 = 87.1kN.m

此时剩余的转矩55.9kN.m将由键承受，下面计算键的承载能力。

4）键的传递转矩能力计算

转子键的作用一方面为定位，另一方面也可传递转矩，键的安装示意见图5所示。

筋的材料为Q235-B，屈服应力为235MPa，键的材料为35#键钢，屈服强度为315MPa，从图4的尺寸上看，实际应按照筋的剪切强度计算转矩值。

图4 键的安装示意

筋的许用剪切强度一般取0.6倍剪切屈服强度

3 结论

1）焊缝是贯穿性的，并非焊接不良。并非是焊接处油漆漆膜溶解在焊接处，致使焊接不良造成焊缝开裂。

2）通过对电机转子结构、力扭矩作用分析，压圈与转子铁芯之间存在有间隙，压圈轴向靠六根螺栓压紧固定，压圈与筋之间没有过盈量，非过盈配合，存在间隙，而且径向只有12条焊缝进行固定，径向力全靠12条焊缝承受，在电机运转过程中产生扭矩，在力矩作用下，致使焊缝开裂。

3）对转子铁芯进行热套分析，指出：转子铁芯冲片与转子上六根筋外圆的过盈量0.32～0.42mm，铁芯有20F9+0.072 +0.020的键槽，转轴与铁芯靠涨紧力和键槽传动扭矩，完全能够满足电机正常运转。

参考文献：

[1]电机学[M].徐德淦.第一版.机械工业出版社：2004年8月

[2]电机学[M].戴文进，徐龙权，张景明.第一版.清华大学出版社：2008年2月

[3]机械设计手册[M].成大先.第五板.化学工业出版社：2008年5月

[4]He Hui.HongYanHe MFP Motor Erection，Operation and Maintenance Manual[M].B.Shanghai Electric Machinery Co.，Ltd：2012.7

作者简介：

张璇（1988-09），男，大学学士，工程师职称，研究方向为电动机的运行、检修。

论文作者:张璇,张春宇

论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期

论文发表时间:2020/4/30