高壓異步電機(jī)共振故障分析及處理

蔡燕榮 周 宣

（山西晉煤天源化工有限公司機(jī)動(dòng)部 山西高平）

1.故障現(xiàn)象

12臺(tái)10 kV空氣鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)（額定功率355 kW、額定電流24.9 A、轉(zhuǎn)速2987 r/min，功率因數(shù)0.86、防護(hù)等級(jí)IP54、啟動(dòng)方式Y(jié)、SKF6220C3軸承，重5200 kg）投入使用兩年后，相繼出現(xiàn)不同程度的振值偏大。故障情況相似，軸向振動(dòng)偏小、徑向振動(dòng)偏大，振幅達(dá)到100～110 μm左右，遠(yuǎn)大于峰峰位移幅值50.8 μm的標(biāo)準(zhǔn)值（1500～2999 r/min電機(jī)）；尤其非負(fù)荷側(cè)振動(dòng)更大，軸承運(yùn)行溫度偏高且聲音異常，解體后發(fā)現(xiàn)電機(jī)兩側(cè)軸承不同程度的跑外圓、軸承位磨損、轉(zhuǎn)子鼠籠條開焊等現(xiàn)象。電機(jī)運(yùn)行時(shí)聲音時(shí)大時(shí)小，嚴(yán)重時(shí)每周都會(huì)有1臺(tái)電機(jī)振動(dòng)大以致需要修理。

2.故障處理

電機(jī)運(yùn)行時(shí)徑向振動(dòng)偏大、軸向振動(dòng)偏小，電流沒有增大，初步判斷振動(dòng)由轉(zhuǎn)子不平衡引起，采取措施消除轉(zhuǎn)子不平衡。①清理電機(jī)風(fēng)罩灰塵積垢。②檢查并緊固螺栓，增加緊固螺栓。③重新加注機(jī)座基礎(chǔ)。④修補(bǔ)焊接轉(zhuǎn)子籠條、修理轉(zhuǎn)子軸承位。⑤分別為兩側(cè)鑲軸承套并更換兩側(cè)軸承（SKF6220C3），添加適量2#鋰基脂，清理裝配。⑥增加風(fēng)筒緊固螺栓，緊固電機(jī)風(fēng)罩及風(fēng)筒連接部位螺栓，進(jìn)行防腐處理。這些措施實(shí)施后，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)合格，重新裝配安裝就位，空載試車120 min，運(yùn)行正常。

電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行數(shù)月后，類似故障重現(xiàn)。多次更換電機(jī)軸承，未解決問題。考慮到電機(jī)空載運(yùn)行正常，帶負(fù)荷運(yùn)行后聲音時(shí)大時(shí)小，振動(dòng)逐漸增大，據(jù)此判斷電機(jī)振動(dòng)大可能由共振引起。

3.共振的產(chǎn)生和消除措施

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)機(jī)械部分的固有諧振頻率與電機(jī)的工作頻率相等時(shí)，機(jī)械部分將會(huì)產(chǎn)生很大振動(dòng)和噪聲，振幅迅速增大，發(fā)生共振。通常電機(jī)廠家在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了規(guī)避共振點(diǎn)，電機(jī)空載時(shí)不會(huì)產(chǎn)生共振。作為傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分，電機(jī)軸接上負(fù)載后，整個(gè)傳動(dòng)鏈上的共振點(diǎn)就不再是原先電機(jī)聲場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)避的共振點(diǎn)，共振點(diǎn)發(fā)生偏移。當(dāng)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行在共振點(diǎn)時(shí)，電機(jī)聲音異常、徑向振值偏大，此時(shí)電機(jī)頻率為某一頻段，運(yùn)行頻率超出此頻段，振值偏小。若電機(jī)長(zhǎng)期反復(fù)運(yùn)行在共振點(diǎn)，將嚴(yán)重影響其安全運(yùn)行，共振消除措施如下。

（1）精確的動(dòng)平衡。由于共振幅值等于強(qiáng)迫振動(dòng)幅值×放大因子，可利用減小強(qiáng)迫振動(dòng)源（如不平衡）減小共振幅值。在這種情況下，若通過動(dòng)平衡處理，可明顯減小動(dòng)平衡強(qiáng)迫振動(dòng)幅值，即使處于共振時(shí)，其共振振幅暫時(shí)可減小到可接受程度，但因未改變共振頻率，共振沒有消除，會(huì)再次發(fā)生同樣共振現(xiàn)象。

（2）改變電機(jī)機(jī)械部分的剛性。采用夾緊地腳以消除加墊引起的變形，增強(qiáng)軸承座或框架的剛性，影響電機(jī)機(jī)械部分的固有諧振頻率。但是對(duì)于大容量空氣鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)，由于風(fēng)機(jī)風(fēng)量波動(dòng)大使電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)大，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，地腳螺栓容易發(fā)生松動(dòng)，電機(jī)機(jī)械部分的剛性減弱，導(dǎo)致共振再次發(fā)生，因此夾緊地腳只能暫時(shí)消除大容量風(fēng)機(jī)電機(jī)的共振。

（3）加防振橡膠或緩沖墊。發(fā)生共振會(huì)有明顯的劇烈振動(dòng)，以致傳導(dǎo)于地面和機(jī)械上，為此可在安裝部位裝入防振橡膠或加緩沖墊。不過對(duì)于大容量風(fēng)機(jī)電機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，防振橡膠或緩沖墊容易磨損，壽命很短，雖然改變了設(shè)備的固有振動(dòng)頻率，共振現(xiàn)象可以暫時(shí)改善，隨著防振橡膠或緩沖墊的磨損，共振會(huì)再次發(fā)生。

（4）增、減重量。該方法可改變電機(jī)機(jī)械部分的諧振頻率，如在電機(jī)風(fēng)葉軸后端加慣性重錘，但只在電機(jī)局部共振（如本文電機(jī)非負(fù)荷側(cè)振動(dòng)很大）時(shí)才有效。

（5）采取隔振措施。由于鄰近運(yùn)行的外部設(shè)備振動(dòng)頻率與正常運(yùn)行的電機(jī)自振頻率相等時(shí)，電機(jī)在該外部設(shè)備振動(dòng)頻率的強(qiáng)迫下，產(chǎn)生共振時(shí)，可采取隔振措施。如設(shè)計(jì)的1780 r/min轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，有1個(gè)750 r/min的自振頻率，若附近有1臺(tái)以750 r/min轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的大風(fēng)機(jī)不平衡，則該泵可能出現(xiàn)共振問題。此時(shí)隔離泵與風(fēng)機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)做動(dòng)平衡或?qū)⒈皿w與地板隔離，以消除共振。

（6）變頻電機(jī)設(shè)置電機(jī)跳頻。利用變頻器的“頻率跳變選用件”設(shè)置電機(jī)頻率，當(dāng)變頻器運(yùn)行到此頻段時(shí)，跳過此段頻率，不在共振頻率上平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，避免電機(jī)產(chǎn)生共振。

（7）安裝調(diào)諧阻尼器。設(shè)置調(diào)諧阻尼器的自振頻率等于故障頻率，并且與共振的振動(dòng)響應(yīng)相位差180°，將有效抵消給電機(jī)帶來(lái)故障的自振頻率。

此例最初采取措施增強(qiáng)了機(jī)械部分剛性，暫時(shí)減小了振動(dòng)，但該鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)為大容量電機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量波動(dòng)大使電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)大，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)也大，地腳螺栓容易松動(dòng)，電機(jī)機(jī)械部分的剛性減弱，造成共振再次發(fā)生。為此增加機(jī)械部分重量，改變電機(jī)機(jī)械部分的諧振頻率，避免共振。由于電機(jī)徑向振動(dòng)偏大、軸向振動(dòng)偏小，在電機(jī)風(fēng)罩兩側(cè)加焊板筋，改變機(jī)械部分固有頻率。所加板筋為厚10 mm的鋼板加工而成的厚10 mm、寬 25 mm條狀鋼條，橫向和豎向板筋經(jīng)鑲嵌后焊接在電機(jī)風(fēng)罩上（圖1）。

采取上述措施后，設(shè)備運(yùn)行兩年左右，基本正常，類似故障未再出現(xiàn)，電機(jī)共振消除。

圖1 電機(jī)風(fēng)罩兩側(cè)加焊板筋