電動(dòng)機(jī)常見振動(dòng)特征及案例分析

        電機(jī)的故障診斷有電流分析法、振動(dòng)診斷法、絕緣診斷法、溫度診斷法、振聲診斷等。本文在分析了電機(jī)典型故障的振動(dòng)特征后，利用振動(dòng)診斷法對(duì)某煤礦主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行分析和診斷。

1、振動(dòng)診斷過程

       電機(jī)和其他所有機(jī)器設(shè)備一樣，在運(yùn)行過程中有能量、熱量、磨損、振動(dòng)等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，這些信息變化直接和間接地反映出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而振動(dòng)信息(位移、速度、加速度)能夠敏感地反映電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，利用振動(dòng)診斷法可以有效地診斷出電機(jī)的故障。其診斷過程主要有異常巡檢、故障狀態(tài)和部位診斷、故障類型和原因分析三個(gè)部分。其后兩部分屬于精密診斷內(nèi)容。

(1)異常巡檢

       主要是對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡易診斷，采用便攜式振動(dòng)測(cè)試儀對(duì)電機(jī)的狀態(tài)迅速而有效地作出概括性評(píng)價(jià)，以對(duì)電機(jī)進(jìn)行早期故障診斷和趨勢(shì)控制。若異常巡檢后發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行正常，則無需進(jìn)一步診斷；反之，則應(yīng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行精密診斷。

(2)故障狀態(tài)和部位診斷

        此為精密診斷，一般采用振動(dòng)傳感器拾取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)信息，并用頻譜分析對(duì)這些信息進(jìn)行分析和處理，通過狀態(tài)信息中分離出與故障直接有關(guān)的信息，以確定電機(jī)故障的狀態(tài)和部位。

(3)故障類型和原因分析

        這是對(duì)電機(jī)故障的振動(dòng)特征分析之后形成典型故障特征庫或?qū)＜蚁到y(tǒng)，從而對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，以確定故障類型和部位。

2、典型故障特征分析

       假設(shè)電源頻率為f₀，電機(jī)輸出軸的頻率為f_r，其常見的異常振動(dòng)故障及其特征分析如下：

(1)定子部位

1)定子電磁振動(dòng)異常原因

         主要是定子三相磁場不對(duì)稱，定子鐵心和定子線圈松動(dòng)及電動(dòng)機(jī)機(jī)座底腳螺釘松動(dòng)。

2)振動(dòng)特征

a．振動(dòng)頻率為電源頻率的2倍，即2f₀

b．切斷電源，電磁振動(dòng)立即消失；

C．振動(dòng)可在定子機(jī)座和軸承上測(cè)量；

d．振動(dòng)大小與機(jī)座剛度和電機(jī)負(fù)載有關(guān)。

(2)氣隙部位

1)氣隙不均勻(或稱氣隙偏心)原因主要有靜態(tài)氣隙不均勻和動(dòng)態(tài)氣隙不均勻。

2)振動(dòng)特征

a．靜態(tài)氣隙不均勻

        即：①電磁振動(dòng)頻率是電源頻率的2倍，即2fo；②振動(dòng)大小隨氣隙偏心值的增大而增大，與電機(jī)的負(fù)荷關(guān)系也是如此；③氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動(dòng)與定子異常產(chǎn)生的電磁振動(dòng)較難區(qū)別。

b．動(dòng)態(tài)氣隙不均勻

       電機(jī)氣隙動(dòng)態(tài)偏心是由轉(zhuǎn)軸撓曲或轉(zhuǎn)子鐵心不圓造成的，偏心的位置對(duì)定子是不固定的，對(duì)轉(zhuǎn)子是固定的：①以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率，的電磁振動(dòng)：②電磁振動(dòng)以1／2sfo周期脈動(dòng)，即調(diào)制頻率為f_s=2f0(S為電機(jī)滑差)；③電機(jī)往往發(fā)生與脈動(dòng)節(jié)拍相一致的電磁噪聲。

(3)轉(zhuǎn)子部位

1)不平衡類型

主要有靜不平衡、偶不平衡和動(dòng)不平衡。

2)振動(dòng)特征

a．振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速頻率，；

b．振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速增高而增大，但與電機(jī)負(fù)載無關(guān)；

c．振動(dòng)值以徑向?yàn)樽畲螅S向很小。

(4)滾動(dòng)軸承

1)滾動(dòng)軸承損壞的振動(dòng)特征

        每種規(guī)格的滾動(dòng)軸承，都有其一定的特征頻率，當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)即可出現(xiàn)不同部位損壞的特征頻率。滾動(dòng)軸承的特征頻率取決于其滾動(dòng)元件的幾何尺寸，具體診斷見前期文章。

2)軸承加工和裝配引起的振動(dòng)特征

       滾動(dòng)軸承加工和裝配不良時(shí)，軸承就受到一次交變的軸向力，使軸承產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)特征：

a．振動(dòng)幅值以軸向?yàn)樽畲螅?/span>

b．振動(dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)頻率．f相同。

3)軸承非線性振動(dòng)特征

        轉(zhuǎn)子不平衡旋轉(zhuǎn)力和軸承內(nèi)圈軸向力的激勵(lì)下，軸承易產(chǎn)生為旋轉(zhuǎn)頻率整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍成分的振動(dòng)，即非線性振動(dòng)，其特征為：

a．振動(dòng)頻率為旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍(mfr)或分?jǐn)?shù)倍(f／m)；

b．振動(dòng)以軸向較明顯；

c．振動(dòng)幅值與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。

3、電機(jī)診斷實(shí)例

       某煤礦主通風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，型號(hào)為K4—73—02 No．28F。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為三相異步電機(jī)，型號(hào)為YRl250—10／1430，轉(zhuǎn)速為592r／min，同步轉(zhuǎn)速為600r／min,滑差=0.013，極對(duì)數(shù)p=5對(duì)。運(yùn)行時(shí)突然發(fā)現(xiàn)電機(jī)處振動(dòng)偏大，現(xiàn)對(duì)其采用簡易診斷和精密診斷分析法進(jìn)行故障診斷和分析。該主通風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

因電機(jī)滑差而產(chǎn)生的脈沖調(diào)制頻率為：f_s=2sfo=1.33Hz。

(1)簡易診斷檢測(cè)的物理參量為振動(dòng)位移均方根值和振動(dòng)烈度，如表1所示。

從簡易診斷結(jié)果分析可知，該主通風(fēng)機(jī)的電機(jī)可能有嚴(yán)重存在故障。

(2)精密診斷

       為進(jìn)一步查明該電機(jī)存在故障的原因和部位，對(duì)其測(cè)點(diǎn)1的垂直方向和軸向進(jìn)行幅值譜分析。圖2、圖3分別為測(cè)點(diǎn)1垂直方向和軸向的振動(dòng)加速度信號(hào)幅值譜。

       從圖2所示的垂直方向頻譜分析可知，其主要頻率為電源頻率2倍頻2fo(100Hz)，及高次倍頻4f₀、6f_0，4f₀的幅值要大于2f₀對(duì)應(yīng)的幅值，且在瓴周圍存在一根以電機(jī)滑差而產(chǎn)生的調(diào)制頻率的2倍頻2fo的邊頻帶。從圖3所示的軸向頻譜分析可知，其主要頻率為電源頻率2倍頻2f₀(100Hz)。另外，還發(fā)現(xiàn)在電機(jī)斷電后，玩頻率處對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值立即消失，而不是緩慢的下降。根據(jù)故障的振動(dòng)特征可知，該電機(jī)為氣隙動(dòng)態(tài)偏心故障，其主要為電機(jī)轉(zhuǎn)軸嚴(yán)重?fù)锨蛞稹?/span>

4、結(jié)語

        通過對(duì)某煤礦主通風(fēng)機(jī)電機(jī)的簡易診斷和精密診斷分析，得出電機(jī)為氣隙動(dòng)態(tài)偏心故障的結(jié)論。該結(jié)論表明，任何電機(jī)的診斷方案都可以先進(jìn)行簡易診斷，判斷其是否異常，如果振動(dòng)異常則再進(jìn)行精密診斷分析，以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)故障的類型和部位。