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電動機三種典型振動故障的診斷_0

未知 2019-06-28 11:35

1 引言

  某造紙廠一臺電動機先后出現了三種典型的振動故障:

  (1) 基礎剛性差;

  (2) 電氣故障;

  (3) 滾動軸承損壞。

  現將診斷分析及處理過程進行簡單的描述和總結:

  此電動機安裝于臨時混凝土基礎上,基礎由四根混凝土支柱支撐于二樓樓板橫梁上,基礎較為薄弱。電動機運行時振動較大,基礎平臺上感覺共振強烈。沒有發現其他異常。

  電動機結構型式及技術參數如下:

  三相繞線型異步電動機

  型號:yr710-6 額定功率:2000kw

  額定轉速:991r/min 工作頻率:50hz

  額定電壓:10kv

  極數:6

  滾動軸承:聯軸節端 nu244c3; 6244c3

  末端: nu244c3 (fag)

  針對本電動機的特點,采用entek data pactm 1500數據采集器+9000a-lbv加速度傳感器;enmoniter odyssey軟件進行振動數據的采集和分析。

2 電動機基礎剛性弱的診斷過程

  2001年8月21日,采用entek data pactm1500數據采集器對此電動機進行測試。首先,斷開聯軸節,進行電動機單試。測量電動機兩端軸承座處水平、垂直、軸向三個方向的振動速度有效值(mm/srms)、振動尖峰能量(gse)幅值及頻譜;測量電動機地腳螺栓、基礎、基礎鄰近臺板各點及臺板下支撐柱上各點的振動位移峰峰值(mp-p); 測量電動機兩側軸承座水平、垂直方向的工頻(1n)振動相位角。將電動機斷電,采集斷電瞬間前后電動機振動頻譜瀑布圖。

  之后,重新找正對中,帶負荷運行進行測試,測試內容同上。

  測點位置如圖1所示;對電動機基礎、地腳螺栓及臺板各點振動幅值進行測量的數據如圖2、圖3所示。

  電動機振幅徑向方向大,軸向方向小。由圖4可見。電動機單試時m1-h點振動頻譜圖可以看出工頻成分是振動的主要頻率成分,高次諧波成分不明顯,可排除存在松動碰磨以及對中問題的可能性;50hz、100hz等市電頻率的諧波成分峰值較小,而且,在電動機斷電瞬間的前后變化不明顯,通頻幅值也無明顯降低,由此可排除電磁激振力存在的可能性;初步懷疑不平衡是主要的激振力。

  為了能夠準確的找出引發電動機異常工頻振動的故障原因,有必要參考各測點振動相位。通過表1可以看出,電動機軸承座在水平垂直兩方向的振動相位是精確相同的,而不是通常不平衡狀態下的相位差90,這說明電動機的振動是一種定向振動,而不是單純的不平衡[1]。經檢查,電動機各地腳螺栓均未發現松動跡象,基礎臺板及支撐柱的振幅與電動機幾乎相等,說明基礎并未吸收電動機的振動,而是同電動機一同作定向振動,這就反映出支撐基礎較為薄弱,剛性不足(據了解,此電動機為臨時增加的設備,基礎的設計建造并未依據有關的標準進行),容易在電動機振動激振力的作用下,發生受迫振動,反過來又加劇電動機的振動。

  在這種情況下長期運行容易造成電動機及基礎的損壞,所以立即停機進行處理。廠方增加了混凝土中間支撐柱,以加強基礎的剛性。表2列出了基礎加固后電動機各點振動數據,可以看出,經過基礎加固后,電動機定向振動的現象消失,振動狀況明顯改善。

3 電動機電磁故障的診斷過程

  此后電動機連續運轉三個月后,因內部零件松動脫落而燒損。經電動機制造廠家檢修后開車,振動較大。2002年1月6日對電動機作振動分析,進行與前次相同的測試,發現振動隨負荷的增加而增加,周圍樓板共振明顯,中間支撐柱振幅較大。分析采集的振動數據發現:參考圖4(2001年8月21日對電動機測試時采集的m1-h點的振動頻譜圖),當時電動機振動工頻幅值較高,其他頻率幅值較小,無電磁方面的異常。圖5為2002年1月6日采集的m1-h點的振動頻譜圖,此時通頻幅值較前次增大,出現二倍頻(33.10hz)并且幅值最高,同時出現了較多的高頻成分。

  50hz、100hz等市電頻率及其諧波成分峰值較小,而且,在電動機斷電瞬間前后的變化不明顯,通頻幅值也無明顯降低,由此可排除市電頻率干擾的可能性。

  為了判斷二倍頻產生的原因,利用entek data pactm1500數據采集器的停車瀑布圖采集功能,作出電動機斷電過程振動頻譜瀑布圖(圖略)。由此可以明顯的看出電動機斷電前后振動的變化。在斷電瞬間,峰值一直較高的二倍頻立即大幅度減小(見圖6),這說明二倍頻不是由機械原因產生的,而是由電磁原因產生的,可能的原因有定子繞組不對稱、磁極繞組存在匝間斷路、氣隙不均勻等[2]。二倍頻是此電動機振動的主要振動頻率,在樓板上主要的振動頻率也是二倍頻,樓板是受此頻率的激勵而發生共振(見圖7呈現出典型的拍振波形,明顯的看出電動機與樓板的共振),如果消除或減弱了此振動頻率成分,就能避免或減輕基礎的共振,所以消除二倍頻是減小電動機振動的關鍵。

  為了能夠準確的找出電動機電氣故障,有必要對振動頻譜進行細化分析。圖8為m1-h點振動的真細化頻譜圖,明顯看到工頻及二倍頻的兩側都有邊頻出現,經計算,邊頻為電動機轉子偏心產生的頻率(pp)對各倍頻的調制而出現的,這是電動機轉子偏心典型的故障圖譜。圖中,pp為電動機轉子偏心產生的頻率,lf為市電頻率50hz,rpm為電動機的工頻。圖9為50hz左右頻譜的放大顯示,由此可以判斷出此電動機目前還存在明顯的轉子偏心缺陷。

4 電動機軸承故障的診斷過程

  與此同時,特別針對此電動機的滾動軸承進行測試和分析,應用entek公司特有的振動尖峰能量(gse)頻譜技術及分析軟件odyssey附帶豐富的滾動軸承庫數據,發現了電動機軸承的損壞故障。

  圖10是對m1-h點所作的振動尖峰能量頻譜,其中發現了軸承的故障特征頻率峰值:保持架故障特征頻率ftf、軸承內圈故障特征頻率bpir的存在,圖11為m2-h點的峰值振動尖峰能量頻譜,同樣發現了軸承的故障特征頻率峰值,說明電動機的軸承已經發生了損傷。對此,建議更換電動機軸承,對電動機進行檢查和檢修,加強基礎支撐的剛性。

  但由于生產的需要,廠方沒有更換軸承,而是繼續監護運行。兩天后此電動機聯鎖停車,經拆檢,發現聯軸節側軸承損壞,軸承內圈破裂,斷裂的碎塊將電動機卡死,造成停車。

5 結束語

  在對電動機進行振動故障診斷過程中, 應注意下幾點:

  (1) 細致認真的日常檢測和維護是防止電動機故障的有效手段;

  (2) 利用振動相位可以區分表現近似的故障,如不平衡、基礎剛性弱和對中不良等;

  (3) 分析電動機斷電惰走振動頻譜瀑布圖是一個區分電磁故障與機械故障的重要手段;

  (4)當譜圖中出現工頻的高次諧波頻率成分時,有時與市電頻率及其倍頻相當的接近,應對50hz、100hz作細化處理,如果電動機有電氣方面的故障,就會在此頻率兩邊出現邊頻,只有通過細化處理才能夠清晰的顯示出來;

  (5) 對于采用滾動軸承的電動機,對軸承作尖峰能量(gse)幅值和頻譜分析是判斷軸承故障的有力手段;

  (6)應盡量采用多種檢測手段對電動機故障進行分析,諸如噪聲診斷,電流頻譜診斷,溫度檢測,油液磨屑檢測等。經過多角度的分析,能夠全面準確的判斷電動機故障的原因。

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