應(yīng)用頻譜與相位分析診斷電機(jī)氣隙不勻故障

申大勇

作者通聯(lián)：錦州石化公司設(shè)備研究所 遼寧錦州市古塔區(qū)重慶路一段2號 121001

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大型三相異步電機(jī)廣泛應(yīng)用于大型工礦企業(yè)，電機(jī)運(yùn)行中常見輕重不一的氣隙不勻現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因有電機(jī)零部件的加工精度不高、裝配尺寸存在誤差以及機(jī)殼變形等。輕微的氣隙不勻?qū)﹄姍C(jī)不會造成大的危險，但比較嚴(yán)重的氣隙不勻就會影響電機(jī)的性能，引起很大的機(jī)器振動，更嚴(yán)重的氣隙故障會引起電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵心和繞組的損壞甚至發(fā)生“掃膛”等故障。因此，如果電機(jī)發(fā)生此類故障時，要及時處理解決。應(yīng)用振動頻譜分析可以比較容易地判斷電機(jī)氣隙不勻故障，但應(yīng)注意與不對中故障相區(qū)分。以下介紹一起電機(jī)氣隙不勻故障的分析與處理過程。

1.機(jī)組概況

錦州石化公司二熱電車間一臺多級離心泵，由鼠籠型三相異步電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)型號Y500-2，功率1800kW，額定轉(zhuǎn)速2985r/min，電機(jī)與泵采用直聯(lián)式聯(lián)軸器剛性連接。在檢修后開機(jī)時振動突然變大。尤其是電機(jī)振動更為顯著，并且伴有周期性嗡嗡的聲音。用Enpac2500雙通道實時頻譜分析儀采集了電機(jī)和泵的振動值，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器兩側(cè)的振動值最大，達(dá)到7.14mm／s，各測點的振動值見表l。采集電機(jī)振動頻譜時，分析儀最高分析頻率設(shè)置為1000Hz，譜線數(shù)為400線，采用加速度傳感器在軸承座上直接采集。

2.振動故障頻譜及相位分析

對采集到的振動頻譜進(jìn)行分析，電機(jī)內(nèi)側(cè)垂直方向的振動頻譜（圖1）振動分量主要集中在50.02Hz和100.07Hz處，其余各頻率振動峰值很小。因為最初認(rèn)為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min，旋轉(zhuǎn)頻率為3000/60=50Hz，所以分析認(rèn)為振動頻譜50.02Hz為電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率，100.07Hz為電機(jī)2倍旋轉(zhuǎn)頻率。并且2倍旋轉(zhuǎn)頻率振動峰值大于旋轉(zhuǎn)頻率處的振動峰值50%以上，此為典型的不對中故障頻譜，因此建議復(fù)查電機(jī)與泵的對中情況。但是經(jīng)過復(fù)查找正,各項找正數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。重新開機(jī)后，電機(jī)振動依舊很大，振動頻譜與第一次基本相同。由于找正并沒有使振動值達(dá)到正常范圍，為了進(jìn)一步確定振源，采用了Enpac2500雙通道實時頻譜分析儀的測相位的功能，對機(jī)組各測點進(jìn)行相位測量（表l），電機(jī)與泵各測點同向的相位差并沒有在180°左右，因此排除了振動為聯(lián)軸器不對中所致。

表1 各測點振動值及相位

圖1 電機(jī)內(nèi)側(cè)垂直方向振動頻譜

進(jìn)一步分析時發(fā)現(xiàn)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速2985r/min，電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率49.75Hz，2倍旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)該是 99.5Hz，而不是 100Hz。且100.07Hz更為接近100Hz（2倍的電源頻率），由此推測，第一次的振動頻譜采集譜線數(shù)設(shè)置過低，導(dǎo)致頻譜的分辨率過低，致使2倍的旋轉(zhuǎn)頻率與2倍的電源頻率的振動峰值混疊在了一起。因此，對采集定義重新設(shè)定，最大頻率設(shè)置為1000Hz，譜線數(shù)增大到3200線，采用同樣加速度傳感器在軸承座上直接采集。

圖2 電機(jī)內(nèi)側(cè)垂直方向的振動（細(xì)化頻譜）

對采集到振動細(xì)化頻譜（圖2）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)100.07Hz處的振動峰值分解成99.53Hz和100.07Hz兩個振動峰值。99.53Hz為2倍的旋轉(zhuǎn)頻率，100.07Hz為2倍的電源頻率 (電源頻率為50Hz)，99.53Hz處的振動分量只有0.026mm／s，而100.07Hz處的振動分量達(dá)到了7.14mm／s（依據(jù)ISO 10816—3振動標(biāo)準(zhǔn),最大振動允許值為7.1mm/s）?？梢?，真正的振源頻率為2倍的電源頻率，由此可以判斷為振動和嗡嗡聲是由電機(jī)的氣隙不均勻引起。

3.振動故障診斷及處理措施

引起電機(jī)氣隙不勻的原因有很多，但該電機(jī)在檢修以前振動是正常的，而且沒有嗡嗡聲，檢修之后才出現(xiàn)了上述情況，因此判斷問題出在了檢修過程中。在排除了因軟腳造成機(jī)殼變形之后，仔細(xì)核查電機(jī)的檢修記錄，電機(jī)在檢修時兩側(cè)均更換了新型的軸瓦，除此之外，電機(jī)沒有進(jìn)行其他改動。此時，判斷造成電機(jī)振動增大的原因可能是軸瓦安裝過程中間隙有問題，電機(jī)兩側(cè)同軸度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，造成電機(jī)前后軸承不在同一直線上，轉(zhuǎn)子與定子同軸度偏差過大，導(dǎo)致電機(jī)氣隙不勻，振動增大，電流超標(biāo)，并伴有周期性的嗡嗡聲。對電機(jī)兩側(cè)的軸瓦間隙進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)軸瓦間隙為0.04mm，外側(cè)軸瓦間隙為-0.05mm，均超出裝配標(biāo)準(zhǔn)（按制造廠規(guī)定一般要求球形軸瓦為±0.03mm）。重新按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行裝配，開機(jī)后電機(jī)運(yùn)行正常。

4.總結(jié)

（1）在對電機(jī)進(jìn)行振動頻譜分析時，當(dāng)分辨率比較低，無法辨別振源時，要盡可能的增加譜線數(shù)（譜線數(shù)應(yīng)當(dāng)不低于3200線），或者通過測相位的方法進(jìn)行辨別。否則，很容易將氣隙不勻故障誤判斷為不對中。

（2）在進(jìn)行設(shè)備故障診斷時，不能僅僅依靠振動頻譜分析，要盡可能的多搜集相關(guān)設(shè)備信息，相互結(jié)合進(jìn)行綜合判斷。

（3）要嚴(yán)格按照檢修作業(yè)規(guī)程進(jìn)行操作，保證加工零配件精度，裝配精度，才能避免故障的產(chǎn)生。

1 沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù).浙江大學(xué)出版社，1994

2 虞和濟(jì).設(shè)備故障診斷工程.冶金工業(yè)出版社，2001

3 盛兆順.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2003