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电动机三种典型振动故障的诊断

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/30 17:31:46   

 关键词:  振动 电动机

1引言
某造纸厂一台电动机先后出现了三种典型的振动故障:
(1)基础刚性差;
(2)电气故障;
(3)滚动轴承损坏。
现将诊断分析及处理过程进行简单的描述和总结:
此电动机安装于临时混凝土基础上,基础由四根混凝土支柱支撑于二楼楼板横梁上,基础较为薄弱。电动机运行时振动较大,基础平台上感觉共振强烈。没有发现其他异常。
电动机结构型式及技术参数如下:
三相绕线型异步电动机
型号:YR710-6额定功率:2000kW
额定转速:991r/min工作频率:50Hz
额定电压:10kV
极数:6
滚动轴承:联轴节端NU244C3;6244C3
末端:NU244C3(FAG)
针对本电动机的特点,采用ENTEKdataPACTM1500数据采集器+9000A-LBV加速度传感器;
ENMONITEROdyssey软件进行振动数据的采集和分析:

2电动机基础刚性弱的诊断过程
2001年8月21日,采用ENTEKdataPACTM1500数据采集器对此电动机进行测试。首先,断开联轴节,进行电动机单试。测量电动机两端轴承座处水平、垂直、轴向三个方向的振动速度有效值(mm/sRMS)、振动尖峰能量(gSE)幅值及频谱;测量电动机地脚螺栓、基础、基础邻近台板各点及台板下支撑柱上各点的振动位移峰峰值(μmp-p);测量电动机两侧轴承座水平、垂直方向的工频(1×n)振动相位角。将电动机断电,采集断电瞬间前后电动机振动频谱瀑布图。
之后,重新找正对中,带负荷运行进行测试,测试内容同上。
测点位置如图1所示;对电动机基础、地脚螺栓及台板各点振动幅值进行测量的数据如图2、图3所示。

图1

图2振动数据侧视图

图3俯视振动数据图

图4电动机M1-H点振动频谱图(2001年08月21日)


电动机振幅径向方向大,轴向方向小。由图4可见。电动机单试时M1-H点振动频谱图可以看出工频成分是振动的主要频率成分,高次谐波成分不明显,可排除存在松动碰磨以及对中问题的可能性;50Hz、100Hz等市电频率的谐波成分峰值较小,而且,在电动机断电瞬间的前后变化不明显,通频幅值也无明显降低,由此可排除电磁激振力存在的可能性;初步怀疑不平衡是主要的激振力。
为了能够准确的找出引发电动机异常工频振动的故障原因,有必要参考各测点振动相位。通过表1可以看出,电动机轴承座在水平垂直两方向的振动相位是精确相同的,而不是通常不平衡状态下的相位差90°,这说明电动机的振动是一种定向振动,而不是单纯的不平衡[1]。经检查,电动机各地脚螺栓均未发现松动迹象,基础台板及支撑柱的振幅与电动机几乎相等,说明基础并未吸收电动机的振动,而是同电动机一同作定向振动,这就反映出支撑基础较为薄弱,刚性不足(据了解,此电动机为临时增加的设备,基础的设计建造并未依据有关的标准进行),容易在电动机振动激振力的作用下,发生受迫振动,反过来又加剧电动机的振动。


在这种情况下长期运行容易造成电动机及基础的损坏,所以立即停机进行处理。厂方增加了混凝土中间支撑柱,以加强基础的刚性。表2列出了基础加固后电动机各点振动数据,可以看出,经过基础加固后,电动机定向振动的现象消失,振动状况明显改善。

3电动机电磁故障的诊断过程
此后电动机连续运转三个月后,因内部零件松动脱落而烧损。经电动机制造厂家检修后开车,振动较大。2002年1月6日对电动机作振动分析,进行与前次相同的测试,发现振动随负荷的增加而增加,周围楼板共振明显,中间支撑柱振幅较大。分析采集的振动数据发现:
参考图4(2001年8月21日对电动机测试时采集的M1-H点的振动频谱图),当时电动机振动工频幅值较高,其他频率幅值较小,无电磁方面的异常。图5为2002年1月6日采集的M1-H点的振动频谱图,此时通频幅值较前次增大,出现二倍频(33.10Hz)并且幅值最高,同时出现了较多的高频成分。

图5电动机M1-H点振动频谱(2002年01月06日)


50Hz、100Hz等市电频率及其谐波成分峰值较小,而且,在电动机断电瞬间前后的变化不明显,通频幅值也无明显降低,由此可排除市电频率干扰的可能性。
为了判断二倍频产生的原因,利用ENTEKdataPACTM1500数据采集器的停车瀑布图采集功能,作出电动机断电过程振动频谱瀑布图(图略)。由此可以明显的看出电动机断电前后振动的变化。在断电瞬间,峰值一直较高的二倍频立即大幅度减小(见图6),这说明二倍频不是由机械原因产生的,而是由电磁原因产生的,可能的原因有定子绕组不对称、磁极绕组存在匝间断路、气隙不均匀等[2]。二倍频是此电动机振动的主要振动频率,在楼板上主要的振动频率也是二倍频,楼板是受此频率的激励而发生共振(见图7呈现出典型的拍振波形,明显的看出电动机与楼板的共振),如果消除或减弱了此振动频率成分,就能避免或减轻基础的共振,所以消除二倍频是减小电动机振动的关键。

图6电动机M1-H点断电过程33.10Hz频率峰值趋势图

图7电动机周围楼板的振动时域波形图


为了能够准确的找出电动机电气故障,有必要对振动频谱进行细化分析。图8为M1-H点振动的真细化频谱图,明显看到工频及二倍频的两侧都有边频出现,经计算,边频为电动机转子偏心产生的频率(PP)对各倍频的调制而出现的,这是电动机转子偏心典型的故障图谱。图中,PP为电动机转子偏心产生的频率,LF为市电频率50Hz,RPM为电动机的工频。图9为50Hz左右频谱的放大显示,由此可以判断出此电动机目前还存在明显的转子偏心缺陷。

图8电动机M1-H点振动真细化频谱图

图9电动机M1-H点振动频谱局部放大图

4电动机轴承故障的诊断过程
与此同时,特别针对此电动机的滚动轴承进行测试和分析,应用ENTEK公司特有的振动尖峰能量(gSE)频谱技术及分析软件Odyssey附带丰富的滚动轴承库数据,发现了电动机轴承的损坏故障。
图10是对M1-H点所作的振动尖峰能量频谱,其中发现了轴承的故障特征频率峰值:保持架故障特征频率FTF、轴承内圈故障特征频率BPIR的存在,图11为M2-H点的峰值振动尖峰能量频谱,同样发现了轴承的故障特征频率峰值,说明电动机的轴承已经发生了损伤。对此,建议更换电动机轴承,对电动机进行检查和检修,加强基础支撑的刚性。

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来源:中国电力技术资讯
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