多技術融合的電機軸承故障診斷方法

馮宇星

（慶陽職業(yè)技術學院，甘肅 慶陽745000）

在現(xiàn)代化的設備的管理與維護之中，有關這邊狀態(tài)的檢測和故障的診斷有著非常重要的作用。作為防護性維護的一個必要條件，設備狀態(tài)與故障檢測的技術手段主要包括聲發(fā)射頻譜分析、熱成像、振動頻譜分析、電信號分析等；它們可以調(diào)節(jié)設備的管理需求，讓其更加的趨于精細化，也能有效的阻止設備發(fā)生故障，極大的提升了設備運行時的可靠度，在實現(xiàn)預防性維修到預測性維修方面有著顯著的作用，最后可以完全達到給予設備故障的根本原因來進行分析和研究的管理方式。設備狀態(tài)的檢測和相關故障的檢測有關技術正在從單一的技術轉(zhuǎn)化為集合多種技術的方面發(fā)展。要想從多角度來進行診斷分析多技術集成的診斷的集成方法顯得尤為重要，各種不同的診斷技術相互補充，可以有效地降低設備的故障率，提供相關的經(jīng)濟效益。

1 振動頻譜分析及電信號分析技術

1.1 振動頻譜分析技術

在現(xiàn)場來進行采集設備的一些振動信息主要是為了實現(xiàn)振動頻譜分析技術，通過分析借助于專業(yè)軟件來進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換輔助振動信息的處理，提取出一些設備狀態(tài)有關的特征參數(shù)之后就可以對設備的基本狀態(tài)做出判斷。包絡解調(diào)技術和頻域分析技術的被錄用就可以圓滿完成設備的相關故障診斷。

1.1.1 頻域分析技術

快速傅立葉變換的相關理論基礎，是將原始的N 點離散序列，通過技術研發(fā)人員的相關技術分解來形成了若干個一系列的短序列，再利用一個的計算公式來進行實際操作，此公式為離散型傅里葉變換計算式，技術人員通過利用其中的指數(shù)因子對稱性以及周期性的特點，進行實際運算，從而求出相應的短序列。同時，離散型傅里葉變換計算式通過適當?shù)霓D(zhuǎn)變，來達到簡化計算結構、降低計算難度、縮短計算時間的效果。

相關技術人員在收集振動時間段的信號過程中，應對信號積極運用快速傅里葉變換，并將最終的信號時間段轉(zhuǎn)換成頻域，并從中得出相應的信號頻率的成分，這就是所謂的頻域分析定理。此種頻域分析方式一方面可以準確判定頻率的變化具體范疇，并經(jīng)過實際的測量得出相應的頻率能量，另一方面，技術人員可以根據(jù)具體的設備工頻進行數(shù)據(jù)分析，并對相應設備進行故障檢測，從而可以準確檢測設備。就當前我國技術人員的應用情況而言，頻域分析方法受到技術人員的廣泛歡迎，此種技術相對純熟，是行之有效的故障診斷方法。

1.1.2 包絡解調(diào)技術

技術人員利用包絡解調(diào)技術來完成日常的故障檢測任務，此種技術主要是通過技術人員對軸承的局部缺陷進行準確分析，通過測量問題軸承的周期性振動，來進行計算以及判斷。此種技術將軸承的工作頻率進行適當?shù)陌j解調(diào)，從而使問題軸承的工作頻率更加明顯，即利用加速度傳感器所實時采集的正度頻率信號進行共振解調(diào)，技術人員通過實時檢測可以及時準確的找出軸承的問題所在，進而可以及時解決相應的軸承問題。在我國，技術人員的實際操作過程中，主要是運用兩種方式進行測量，其中一個為檢波濾波法，另一個為Hilbert 變換。

1.2 電機電信號分析技術（ESA）

就我國的實際運用狀況而言，技術人員將基于時域分析的技術大部分應用于對電力系統(tǒng)的故障檢測。在技術人員的實際工作中，主要是應用于對阻抗繼電器、接地故障、過電壓、過電流等實際操作故障，技術人員往往是應用此種檢測方式來進行輸電線路的實施檢測。隨著近幾年來，技術人員不斷進行技術探索以及技術升級，當供電線路出現(xiàn)故障時，技術人員往往采用定子線電流來進行實施檢測。技術人員應用電機檢測時，部分應用了基于頻域的相關理論技術，尤其是將快速傅里葉變換技術巧妙應用到實際檢測中。隨著技術水平的不斷升級，技術人員在設計的應用過程中，也有了更多的選擇余地，通過多種方式進行故障檢測。在實際的輸電線路運行過程中，除了定子可能會來進行故障分析之外，相關的技術人員在進行相關的線路的故障分析時也可以采用頻譜分析的技術來進行相關的分析。但是，當電機的工作速度以及工作狀態(tài)發(fā)生變化時，傳統(tǒng)的快速傅里葉變換算法已經(jīng)無法準確檢測電機的運行狀態(tài)，此時，技術人員利用時域分析法來進行實際檢測。

就一般情況分析，電機在運行過程中所產(chǎn)生的信號，技術人員在進行信號分析時，主要是分析在一定的頻域范圍內(nèi)所得到的相應數(shù)據(jù)。但是，根據(jù)實際情況我們可以知道造成電機故障的原因會有很多種，不光是電機自身的問題，一些電機外部的因素也會導致供電系統(tǒng)發(fā)生故障。因此，技術人員在進行分析時應結合多種因素進行綜合分析。在較為理想的狀態(tài)下，外部供電電源的電壓以及電流是完全平衡的，但是在實際的運行過程中，此種平衡的狀態(tài)時很難實現(xiàn)的，因此電機在實際運行過程中容易出現(xiàn)多種狀況。隨著科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的分析方法已經(jīng)無法再滿足技術人員的實際工作需求。為此，技術人員綜合運用多種技術，積極引進先進的電信號分析技術，利用電壓信號以及電流信號對電機的實際運用狀態(tài)進行綜合分析。

2 現(xiàn)場案例

本文就以一家公司具體的變頻電機作為研究對象來進行檢測。在實際的檢測過程中，技術人員選定采集點來進行振動信號的收集，尤其重點檢測電機兩端的軸承位置，測量的主要內(nèi)容包括了振動的速度以及加速度信號。同時技術人員在電機的進線端進行電流、電壓的集中測量，主要是采集單位時間點內(nèi)的電流以及電壓信號。

在相應的技術分析以及檢測的過程中，技術人員測量了電機軸延伸端垂直方向的加速度，通過實際測量可知，相應的圖譜相對混輪，但是沒有明顯沖突發(fā)生。技術人員將測得的減速度信號運用快速傅里葉變換進行實際測量，并計算相應的周期頻率以及相應的震動幅值，技術人員通過相應的計算，可以大致得出電機軸承外圈故障頻率。在實際的測量過程中技術人員進行實際測量以及多重分析，最終分析出公司運行的軸承的表面存在缺陷。

在電機的理想運行狀態(tài)下，所形成的電壓波為標準、規(guī)律的周期性正弦波。但是在實際的運行過程中，一些具有阻抗特性的用電設施會存在于電力系統(tǒng)之中，類似于這樣的設備在進入到公用網(wǎng)絡后，會對實際的電壓造成影響，主要表現(xiàn)為電壓正弦波的波形發(fā)生變化，從而影響線路運行的穩(wěn)定性。根據(jù)本公司的實際運行狀況分析，該電機屬于大功率變頻電，主要是采用變頻電源進行供電，在實際的運行過程中，變頻器的開關的高速變動會導致電機在短時間內(nèi)的電壓、電流發(fā)生巨大的變化，從而導致電流、電壓的波形中存在大量的諧波，會對輸電線路的運行穩(wěn)定性造成極大的影響。

3 處理方案及結果驗證

3.1 技術人員根據(jù)電機運行的實際情況進行適當?shù)募庸ふ{(diào)整，在電機變頻器的輸出端加入相應的輸出電抗器，可以極大降低電機在運行過程中產(chǎn)生諧波的可能性。

3.2 技術人員根據(jù)公司電機在運行中出現(xiàn)的具體問題，將軸承的電流從內(nèi)部引出，這樣就能夠幫助軸承避免相關的電流在運行的過程中持續(xù)放電，讓軸承運行的更加穩(wěn)定。

3.3 將絕緣的軸承運用到電動機兩端的軸承上面，就能夠使電源諧波不再經(jīng)過軸承的內(nèi)部，從而可以使得軸承的內(nèi)部不被點蝕。技術人員應不斷進行技術的探索與革新，將電機進行適當改造，將電機兩端的軸承更換為具有絕緣性能的軸承，盡量避免電源諧波對軸承運行造成的影響，盡可能延長軸承的使用年限。

結束語

隨著現(xiàn)代技術的不斷優(yōu)化升級，廣大技術人員應不斷進行技術的探索與革新，充分結合先進的檢測技術，準確判斷電機軸承的故障所在以及故障原因。相關技術人員應根據(jù)電機軸承的實際運行效果，從根源解決電機的實際運行問題，進而延長電機的使用年限。技術人員應巧妙利用振動頻譜分析與電氣信號分析技術相結合的故障診斷方法，提高檢測的準確性，提升工作效率以及工作質(zhì)量，進而降低修理成本，提高公司的綜合效益。