船用電機軸承震動標(biāo)準(zhǔn)探析

孟海輝，胡緒昌，王慶

船用電機軸承震動標(biāo)準(zhǔn)探析

孟海輝，胡緒昌，王慶

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

本文從滾動軸承各部件故障頻率、振動位移、軸承故障振幅三方面分析了船用電機的故障，介紹了振動診斷過程，探析了船用電機振動檢測標(biāo)準(zhǔn)，并使用該標(biāo)準(zhǔn)對電機進(jìn)行了診斷，證明該方法具有實用性。

軸承 震動信號 故障檢測 標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

隨著質(zhì)量體系建設(shè)完善推廣，單憑眼看、手摸、耳聽、鼻嗅等傳統(tǒng)的感觀經(jīng)驗來判斷設(shè)備故障已經(jīng)不能滿足質(zhì)量體系建設(shè)的要求。以往船用電機的軸承故障診斷主要是利用聽棒、依靠人的聽覺來判斷,這種方法過多依賴監(jiān)測人員的經(jīng)驗,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無法以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)。便攜式手持式測振儀的出現(xiàn)，可以把各種參數(shù)以數(shù)據(jù)的形勢表現(xiàn)出來，再結(jié)合自己的實際經(jīng)驗診斷故障,并制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，綜合評價軸承故障。

由于船舶動力系統(tǒng)中大部分電機都是靠軸承支撐的，軸承工作狀態(tài)的好壞直接影響整臺機械設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，對軸承進(jìn)行故障診斷具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文通過理音便攜式手持式測振儀對軸承的位移、速度、加速度數(shù)值并結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗診斷方法判斷滾動軸承故障。使新上崗的同志也能準(zhǔn)確迅速地判斷出軸承的狀態(tài)。

1 船用電機的故障分析

1）滾動軸承各部件故障頻率分析

滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架組成。各元件表面產(chǎn)生的缺陷，如剝落坑、裂紋或膠合斑痕等使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動。

缺陷的尺寸愈大，振動信號愈強。在實際中軸承各部件會同時出現(xiàn)多個剝落坑，產(chǎn)生的頻率是上述單個頻率的數(shù)倍。

2）振動位移分析

由不平衡、不對中、轉(zhuǎn)子彎曲等原因引起的振動，軸承點蝕、剝落產(chǎn)生的振動，當(dāng)振動位移一定時，頻率越高振動就越大；在高頻振動時，雖然振動幅值可能很小，但由于振動加速度是振動位移的幾倍，所以，高速電機的允許振動位移要比低速的要小。

3）軸承故障振幅分析

軸承振動的成分非常豐富，包括有制造誤差引起的振動分量，有安裝不當(dāng)引起的振動分量。

軸承損傷也能引起較大振動。軸承在運轉(zhuǎn)過程中可能由于某種原因而引起磨損、壓痕、裂紋、表面剝落等缺陷，這種缺陷必然引起沖擊振動，另外由于滾動軸承的勻速運轉(zhuǎn)，使沖擊具有周期性，對發(fā)生在不同部位的損傷，沖擊具有不同的頻率和振幅。

根據(jù)GBT6075.3-2001標(biāo)準(zhǔn)可知，電機振動位移的最大允許值如表1：

表1 電機振動位移的最大允許值

2 振動診斷過程

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部分。

1）異常巡檢

主要是對電機進(jìn)行簡易診斷，采用便攜式測振儀對電機的狀態(tài)迅速有效地作出概括性評價，以對電機進(jìn)行早期故障診斷和趨勢控制。若巡檢后發(fā)現(xiàn)電機運行正常，則無需進(jìn)一步診斷；反之，則應(yīng)對電機進(jìn)行進(jìn)一步診斷。

2）故障狀態(tài)和部位診斷

一般使用測振儀拾取電機運行狀態(tài)的振動信息，對這些信息進(jìn)行分析處理，以確定電機軸承故障的狀態(tài)部位。

3 船用電機振動檢測標(biāo)準(zhǔn)探析

由于GBT6075.3-2001標(biāo)準(zhǔn)是基于陸基穩(wěn)態(tài)的條件標(biāo)準(zhǔn)。使用理音VM-63A便攜式測振儀，它能夠檢測軸承的振動，船舶上的電機是工作在搖擺晃動的環(huán)境中的，所以，國標(biāo)的部分標(biāo)準(zhǔn)并不適應(yīng)船用軸承。但是我們可以其借鑒標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)船舶電機軸承振動幅度，利用便攜式測振儀結(jié)合我們多年的經(jīng)驗制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，給我們巡視檢查的同志一個參考和依據(jù)，從而使他們能夠更加快捷準(zhǔn)確的檢測軸承狀態(tài)。由于船用大部分電機都是3000轉(zhuǎn)和1500轉(zhuǎn)的，下面我們通過對同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min海水冷卻泵電機的振動曲線（如圖1）和1500 r/min的主滑油泵電機的振動曲線（如圖2）進(jìn)行跟蹤測量，以下就是軸承運行的位移曲線：

圖1 3000 r/min電機軸承振動曲線

圖2 1500 r/min電機軸承振動曲線

根據(jù)以上運行曲線可知，轉(zhuǎn)速高的軸承損壞時的振幅要比轉(zhuǎn)速低的軸承低一些。可以根據(jù)曲線分出軸承的幾個工作階段：

第一階段：測量軸承溫度正常、噪聲正常、振動位移正常，軸承狀態(tài)優(yōu)。

第二階段，測量軸承溫度正常，噪聲略增大，振動位移略增大，電機工作良好。

第三階段，測量軸承溫度略升高，用聽棒可聽到噪聲，振動位移明顯增加，電機工作在容許的合格狀態(tài)。

第四階段，溫度明顯升高，噪聲強度明顯改變，振動位移明顯增大，此時可能出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的變化。因此，絕不能讓軸承在第四階段中運轉(zhuǎn)，否則將可能發(fā)生災(zāi)難性破壞。表2列出了四種程度方便我們的檢查人員迅速做出判斷：

表2 軸承的幾個工作階段的振動位移

由上圖可以看出，軸承的磨損越來越嚴(yán)重，特別是到后期，軸承的聲音明顯有“喀吧、喀吧”的異常聲音，隨時都可能損壞，所以，一旦軸承的振動位移達(dá)到或超過最大允許值后，應(yīng)及時采取措施。更換軸承，防止故障擴大。

4 使用該標(biāo)準(zhǔn)的診斷實例

測試船的主海水泵，驅(qū)動電機為三相異步電動機，轉(zhuǎn)速為2940 r/min，同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min，運行時發(fā)現(xiàn)電機出振動值偏大，現(xiàn)對其采用簡易診斷和分析。

測點布置（如圖3）所示:

圖3 測點布置圖

簡易診斷檢測的物理參量為振動位移，圖中1、2為電機的前后軸承的測點，3、4為泵的前后軸承的測點。結(jié)果如表3所示。

表3 電動機測點的振動位移

根據(jù)制定的的標(biāo)準(zhǔn)，其測量點1和2的振動位移值可知,測量結(jié)果是不合格。根據(jù)故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，用手摸電機的前后軸承部位，感覺溫度明顯升高，站在電機的旁邊，也能感覺到有一些輕微的震動，用聽棒聽電機的聲音發(fā)現(xiàn)電機的軸承聲音極不均勻，有明顯的嘎啦嘎啦的聲音，測量電流也發(fā)現(xiàn)，電機的三相電流雖未超過額定值，但是也接近了額定值，診斷結(jié)果分析可知，該泵的電機軸承可能有嚴(yán)重故障，需要立即更換。

故障診斷的拓展，為進(jìn)一步查明該電機存在的故障原因和部位，結(jié)合測點1、測點2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)故障的特征可知，該電機為軸承間隙過大故障，主要原因為電機軸承嚴(yán)重磨損造成。

在找到了振動故障之后，我們對電機的滾動軸承進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)電機前后軸承保護(hù)架松動，內(nèi)圈和外圈松動，外圈也有一定程度的磨損，由于此類故障較常見。所以，在確定了故障之后，我們對電機的軸承進(jìn)行了換新。結(jié)果表明，電機的振動幅度明顯減小。

在檢查中，為正確識別、診斷軸承的故障,必須正確的判斷軸承故障特征。軸承由于使用條件和環(huán)境的不同，會出現(xiàn)磨損、壓痕、裂紋、表面剝落、燒損、銹蝕和缺油等各種異常現(xiàn)象，這些異常現(xiàn)象都將引起電機的振動。因此，采用振動診斷法,通過監(jiān)測電機運行時軸承處的振動信號,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)比對、信號分析，就可判定軸承的工況是否正常,進(jìn)而診斷其故障。為了能更好的分析和判斷問題所在，可以根據(jù)每次修理的故障現(xiàn)象建立故障樹，在以后的故障現(xiàn)象中，利用故障樹分析軸承運行中出現(xiàn)異常現(xiàn)象而產(chǎn)生的振動狀態(tài)，能夠快速準(zhǔn)確的判斷電機軸承的故障所在，準(zhǔn)確判定故障類型和部位。從而避免了因電機軸承故障引起的更大損害。

5 結(jié)論

目前由于船用電機工作時間長、工作環(huán)境惡劣，所以故障多種多樣，但表現(xiàn)形式主要都是以振動為主。本方法操作簡單，判斷迅速，且不需要積累太多的經(jīng)驗就能勝任檢查巡視工作。所以巡視人員均可參照上述的振動原因及處理方法，根據(jù)實際情況加以判斷、分析和處理。在實際使用中要根據(jù)各個故障的參數(shù)，不斷的完善故障樹的內(nèi)容，把設(shè)備管理工作提高到一個新的水平，為優(yōu)化檢修方式、降低維修費用提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。此項方法還可以用與其他機械的震動檢測，因此，有較高的推廣價值。

[1] 梅宏斌. 滾動軸承振動監(jiān)測理論方法系統(tǒng)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1995.

[2] 王江萍. 機械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

[3] 宋如英. 關(guān)于滾動軸承振動噪聲測量值的商榷[J]. 軸承, 1998, (11): 30~34.

Vibration Standard Analysis of Bearing of Marine Electric-motor

Meng Haihui, Hu Xuchang, Wang Qing

(China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department, Jiangyin 214431, Jiangsu, China)

TM307

A

1003-4862（2014）10-0052-03

2014-04-18

孟海輝（1977）男，工程師。研究方向：船電設(shè)備。