應用頻譜與相位分析診斷電機氣隙不勻故障

申大勇

作者通聯：錦州石化公司設備研究所 遼寧錦州市古塔區重慶路一段2號 121001

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大型三相異步電機廣泛應用于大型工礦企業，電機運行中常見輕重不一的氣隙不勻現象，造成這種現象的原因有電機零部件的加工精度不高、裝配尺寸存在誤差以及機殼變形等。輕微的氣隙不勻對電機不會造成大的危險，但比較嚴重的氣隙不勻就會影響電機的性能，引起很大的機器振動，更嚴重的氣隙故障會引起電機的定轉子鐵心和繞組的損壞甚至發生“掃膛”等故障。因此，如果電機發生此類故障時，要及時處理解決。應用振動頻譜分析可以比較容易地判斷電機氣隙不勻故障，但應注意與不對中故障相區分。以下介紹一起電機氣隙不勻故障的分析與處理過程。

1.機組概況

錦州石化公司二熱電車間一臺多級離心泵，由鼠籠型三相異步電機驅動，電機型號Y500-2，功率1800kW，額定轉速2985r/min，電機與泵采用直聯式聯軸器剛性連接。在檢修后開機時振動突然變大。尤其是電機振動更為顯著，并且伴有周期性嗡嗡的聲音。用Enpac2500雙通道實時頻譜分析儀采集了電機和泵的振動值，發現聯軸器兩側的振動值最大，達到7.14mm／s，各測點的振動值見表l。采集電機振動頻譜時，分析儀最高分析頻率設置為1000Hz，譜線數為400線，采用加速度傳感器在軸承座上直接采集。

2.振動故障頻譜及相位分析

對采集到的振動頻譜進行分析，電機內側垂直方向的振動頻譜（圖1）振動分量主要集中在50.02Hz和100.07Hz處，其余各頻率振動峰值很小。因為最初認為電機額定轉速為 3000r/min，旋轉頻率為3000/60=50Hz，所以分析認為振動頻譜50.02Hz為電機的旋轉頻率，100.07Hz為電機2倍旋轉頻率。并且2倍旋轉頻率振動峰值大于旋轉頻率處的振動峰值50%以上，此為典型的不對中故障頻譜，因此建議復查電機與泵的對中情況。但是經過復查找正,各項找正數據均在標準范圍之內。重新開機后，電機振動依舊很大，振動頻譜與第一次基本相同。由于找正并沒有使振動值達到正常范圍，為了進一步確定振源，采用了Enpac2500雙通道實時頻譜分析儀的測相位的功能，對機組各測點進行相位測量（表l），電機與泵各測點同向的相位差并沒有在180°左右，因此排除了振動為聯軸器不對中所致。

表1 各測點振動值及相位

圖1 電機內側垂直方向振動頻譜

進一步分析時發現電機額定轉速2985r/min，電機旋轉頻率49.75Hz，2倍旋轉頻率應該是 99.5Hz，而不是 100Hz。且100.07Hz更為接近100Hz（2倍的電源頻率），由此推測，第一次的振動頻譜采集譜線數設置過低，導致頻譜的分辨率過低，致使2倍的旋轉頻率與2倍的電源頻率的振動峰值混疊在了一起。因此，對采集定義重新設定，最大頻率設置為1000Hz，譜線數增大到3200線，采用同樣加速度傳感器在軸承座上直接采集。

圖2 電機內側垂直方向的振動（細化頻譜）

對采集到振動細化頻譜（圖2）進行分析，發現100.07Hz處的振動峰值分解成99.53Hz和100.07Hz兩個振動峰值。99.53Hz為2倍的旋轉頻率，100.07Hz為2倍的電源頻率 (電源頻率為50Hz)，99.53Hz處的振動分量只有0.026mm／s，而100.07Hz處的振動分量達到了7.14mm／s（依據ISO 10816—3振動標準,最大振動允許值為7.1mm/s）。可見，真正的振源頻率為2倍的電源頻率，由此可以判斷為振動和嗡嗡聲是由電機的氣隙不均勻引起。

3.振動故障診斷及處理措施

引起電機氣隙不勻的原因有很多，但該電機在檢修以前振動是正常的，而且沒有嗡嗡聲，檢修之后才出現了上述情況，因此判斷問題出在了檢修過程中。在排除了因軟腳造成機殼變形之后，仔細核查電機的檢修記錄，電機在檢修時兩側均更換了新型的軸瓦，除此之外，電機沒有進行其他改動。此時，判斷造成電機振動增大的原因可能是軸瓦安裝過程中間隙有問題，電機兩側同軸度沒有達到標準要求，造成電機前后軸承不在同一直線上，轉子與定子同軸度偏差過大，導致電機氣隙不勻，振動增大，電流超標，并伴有周期性的嗡嗡聲。對電機兩側的軸瓦間隙進行復查，發現內側軸瓦間隙為0.04mm，外側軸瓦間隙為-0.05mm，均超出裝配標準（按制造廠規定一般要求球形軸瓦為±0.03mm）。重新按照標準要求進行裝配，開機后電機運行正常。

4.總結

（1）在對電機進行振動頻譜分析時，當分辨率比較低，無法辨別振源時，要盡可能的增加譜線數（譜線數應當不低于3200線），或者通過測相位的方法進行辨別。否則，很容易將氣隙不勻故障誤判斷為不對中。

（2）在進行設備故障診斷時，不能僅僅依靠振動頻譜分析，要盡可能的多搜集相關設備信息，相互結合進行綜合判斷。

（3）要嚴格按照檢修作業規程進行操作，保證加工零配件精度，裝配精度，才能避免故障的產生。

1 沈慶根.化工機器故障診斷技術.浙江大學出版社，1994

2 虞和濟.設備故障診斷工程.冶金工業出版社，2001

3 盛兆順.設備狀態監測與故障診斷技術及應用.化學工業出版社，2003