電動(dòng)機(jī)三種典型振動(dòng)故障的診斷

1、電動(dòng)機(jī)三種典型振動(dòng)故障的診斷 1 引言某造紙廠一臺(tái)電動(dòng)機(jī)先后出現(xiàn)了三種典型的振動(dòng)故障:(1) 基礎(chǔ)剛性差;(2) 電氣故障;(3) 滾動(dòng)軸承損壞?，F(xiàn)將診斷分析及處理過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述和總結(jié):此電動(dòng)機(jī)安裝于臨時(shí)混凝土基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)由四根混凝土支柱支撐于二樓樓板橫梁上，基礎(chǔ)較為薄弱。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較大，基礎(chǔ)平臺(tái)上感覺(jué)共振強(qiáng)烈。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他異常。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式及技術(shù)參數(shù)如下:三相繞線型異步電動(dòng)機(jī) 型號(hào):yr710-6 額定功率:2000kw 額定轉(zhuǎn)速:991r/min 工作頻率:50hz 額定電壓:10kv極數(shù):6 滾動(dòng)軸承:聯(lián)軸節(jié)端 nu244c3; 6244c3末端: nu244c3

2、(fag)針對(duì)本電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),采用entek data pactm 1500數(shù)據(jù)采集器9000a-lbv加速度傳感器;enmoniter odyssey軟件進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和分析:2 電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)剛性弱的診斷過(guò)程2001年8月21日，采用entek data pactm 1500數(shù)據(jù)采集器對(duì)此電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。首先，斷開(kāi)聯(lián)軸節(jié)，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)單試。測(cè)量電動(dòng)機(jī)兩端軸承座處水平、垂直、軸向三個(gè)方向的振動(dòng)速度有效值(mm/s rms)、振動(dòng)尖峰能量(gse)幅值及頻譜;測(cè)量電動(dòng)機(jī)地腳螺栓、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)鄰近臺(tái)板各點(diǎn)及臺(tái)板下支撐柱上各點(diǎn)的振動(dòng)位移峰峰值(m p-p); 測(cè)量電動(dòng)機(jī)兩側(cè)軸承座水平、垂直方向的工頻(

3、1×n)振動(dòng)相位角。將電動(dòng)機(jī)斷電，采集斷電瞬間前后電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻譜瀑布圖。之后，重新找正對(duì)中，帶負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容同上。測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示;對(duì)電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)、地腳螺栓及臺(tái)板各點(diǎn)振動(dòng)幅值進(jìn)行測(cè)量的數(shù)據(jù)如圖2、圖3所示。 圖1圖2 振動(dòng)數(shù)據(jù)側(cè)視圖圖3 俯視振動(dòng)數(shù)據(jù)圖圖4 電動(dòng)機(jī)m1-h點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖(2001年08月21日)電動(dòng)機(jī)振幅徑向方向大，軸向方向小。由圖4可見(jiàn)。電動(dòng)機(jī)單試時(shí)m1-h點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖可以看出工頻成分是振動(dòng)的主要頻率成分，高次諧波成分不明顯，可排除存在松動(dòng)碰磨以及對(duì)中問(wèn)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(dòng)機(jī)斷電瞬間的前后變化不明顯，通

4、頻幅值也無(wú)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(zhǔn)確的找出引發(fā)電動(dòng)機(jī)異常工頻振動(dòng)的故障原因，有必要參考各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)相位。通過(guò)表1可以看出，電動(dòng)機(jī)軸承座在水平垂直兩方向的振動(dòng)相位是精確相同的，而不是通常不平衡狀態(tài)下的相位差90°，這說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)是一種定向振動(dòng)，而不是單純的不平衡1。經(jīng)檢查，電動(dòng)機(jī)各地腳螺栓均未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)跡象，基礎(chǔ)臺(tái)板及支撐柱的振幅與電動(dòng)機(jī)幾乎相等，說(shuō)明基礎(chǔ)并未吸收電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，而是同電動(dòng)機(jī)一同作定向振動(dòng)，這就反映出支撐基礎(chǔ)較為薄弱，剛性不足(據(jù)了解，此電動(dòng)機(jī)為臨時(shí)增加的設(shè)備，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)建造并未依據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)，容易在電動(dòng)

5、機(jī)振動(dòng)激振力的作用下，發(fā)生受迫振動(dòng)，反過(guò)來(lái)又加劇電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。在這種情況下長(zhǎng)期運(yùn)行容易造成電動(dòng)機(jī)及基礎(chǔ)的損壞，所以立即停機(jī)進(jìn)行處理。廠方增加了混凝土中間支撐柱，以加強(qiáng)基礎(chǔ)的剛性。表2列出了基礎(chǔ)加固后電動(dòng)機(jī)各點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，可以看出，經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)加固后，電動(dòng)機(jī)定向振動(dòng)的現(xiàn)象消失，振動(dòng)狀況明顯改善。3 電動(dòng)機(jī)電磁故障的診斷過(guò)程此后電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月后，因內(nèi)部零件松動(dòng)脫落而燒損。經(jīng)電動(dòng)機(jī)制造廠家檢修后開(kāi)車，振動(dòng)較大。2002年1月6日對(duì)電動(dòng)機(jī)作振動(dòng)分析，進(jìn)行與前次相同的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)隨負(fù)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(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):參考圖4(2001年8月21日對(duì)電動(dòng)機(jī)測(cè)試

6、時(shí)采集的m1-h點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖)，當(dāng)時(shí)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)工頻幅值較高，其他頻率幅值較小，無(wú)電磁方面的異常。圖5為2002年1月6日采集的m1-h點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖，此時(shí)通頻幅值較前次增大，出現(xiàn)二倍頻(33.10hz)并且幅值最高，同時(shí)出現(xiàn)了較多的高頻成分。 圖5 電動(dòng)機(jī)m1-h點(diǎn)振動(dòng)頻譜(2002年01月06日)50hz、100hz等市電頻率及其諧波成分峰值較小，而且，在電動(dòng)機(jī)斷電瞬間前后的變化不明顯，通頻幅值也無(wú)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(chǎn)生的原因，利用entek data pactm 1500數(shù)據(jù)采集器的停車瀑布圖采集功能，作出電動(dòng)機(jī)斷電過(guò)程振動(dòng)頻譜瀑布圖(圖略)。由此可

7、以明顯的看出電動(dòng)機(jī)斷電前后振動(dòng)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(jiàn)圖6)，這說(shuō)明二倍頻不是由機(jī)械原因產(chǎn)生的，而是由電磁原因產(chǎn)生的，可能的原因有定子繞組不對(duì)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(dòng)機(jī)振動(dòng)的主要振動(dòng)頻率，在樓板上主要的振動(dòng)頻率也是二倍頻，樓板是受此頻率的激勵(lì)而發(fā)生共振(見(jiàn)圖7呈現(xiàn)出典型的拍振波形，明顯的看出電動(dòng)機(jī)與樓板的共振)，如果消除或減弱了此振動(dòng)頻率成分，就能避免或減輕基礎(chǔ)的共振，所以消除二倍頻是減小電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的關(guān)鍵。圖6 電動(dòng)機(jī)m1-h點(diǎn)斷電過(guò)程33.10hz頻率峰值趨勢(shì)圖圖7 電動(dòng)機(jī)周圍樓板的振動(dòng)時(shí)域波形圖為了能夠準(zhǔn)確的找出電動(dòng)機(jī)電氣故

8、障，有必要對(duì)振動(dòng)頻譜進(jìn)行細(xì)化分析。圖8為m1-h點(diǎn)振動(dòng)的真細(xì)化頻譜圖，明顯看到工頻及二倍頻的兩側(cè)都有邊頻出現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算，邊頻為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的頻率(pp)對(duì)各倍頻的調(diào)制而出現(xiàn)的，這是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心典型的故障圖譜。圖中，pp為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的頻率，lf為市電頻率50hz，rpm為電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)目前還存在明顯的轉(zhuǎn)子偏心缺陷。圖8 電動(dòng)機(jī)m1-h點(diǎn)振動(dòng)真細(xì)化頻譜圖圖9 電動(dòng)機(jī)m1-h點(diǎn)振動(dòng)頻譜局部放大圖4 電動(dòng)機(jī)軸承故障的診斷過(guò)程與此同時(shí)，特別針對(duì)此電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)軸承進(jìn)行測(cè)試和分析，應(yīng)用entek公司特有的振動(dòng)尖峰能量(gse)頻譜技術(shù)及分

9、析軟件odyssey附帶豐富的滾動(dòng)軸承庫(kù)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)軸承的損壞故障。圖10是對(duì)m1-h點(diǎn)所作的振動(dòng)尖峰能量頻譜，其中發(fā)現(xiàn)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(nèi)圈故障特征頻率bpir的存在，圖11為m2-h點(diǎn)的峰值振動(dòng)尖峰能量頻譜，同樣發(fā)現(xiàn)了軸承的故障特征頻率峰值，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的軸承已經(jīng)發(fā)生了損傷。對(duì)此,建議更換電動(dòng)機(jī)軸承，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查和檢修，加強(qiáng)基礎(chǔ)支撐的剛性。圖10 m1-h點(diǎn)振動(dòng)尖峰能量頻譜圖(gse)圖11 m2-h點(diǎn)振動(dòng)尖峰能量頻譜圖(gse)但由于生產(chǎn)的需要，廠方?jīng)]有更換軸承，而是繼續(xù)監(jiān)護(hù)運(yùn)行。兩天后此電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖停車，經(jīng)拆檢，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)側(cè)軸承損壞，軸承內(nèi)圈破裂，斷裂的碎塊將電動(dòng)機(jī)卡死，造成停車。5 結(jié)束語(yǔ)在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)故障診斷過(guò)程中, 應(yīng)注意下幾點(diǎn):(1) 細(xì)致認(rèn)真的日常檢測(cè)和維護(hù)是防止電動(dòng)機(jī)故障的有效手段;(2) 利用振動(dòng)相位可以區(qū)分表現(xiàn)近似的故障，如不平衡、基礎(chǔ)剛性弱和對(duì)中不良等;(3) 分析電動(dòng)機(jī)斷電惰走振動(dòng)頻譜瀑布圖是一個(gè)區(qū)分電磁故障與機(jī)械故障的重要手段;(4) 當(dāng)譜圖中出現(xiàn)工頻的高次諧波頻率成分時(shí)，有時(shí)與市電頻率及其倍頻相當(dāng)?shù)慕咏?，?yīng)對(duì)50hz、100hz作細(xì)化處理，如果電動(dòng)機(jī)有電氣方面的故障，就會(huì)在此頻率兩邊