某型動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)短時(shí)異音分析

張進(jìn)煌，馬廣強(qiáng)

某型動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)短時(shí)異音分析

張進(jìn)煌，馬廣強(qiáng)

(湖南中車尚驅(qū)電氣有限公司，湖南 株洲 412000)

動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)影響著整個(gè)動(dòng)車組的運(yùn)行安全，一旦發(fā)生故障不僅影響動(dòng)車運(yùn)行還會給乘客帶來安全隱患。以動(dòng)車變壓器某系列風(fēng)機(jī)電機(jī)為例，在對該型風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)異音、噪音進(jìn)行檢測后，發(fā)現(xiàn)了一種由外風(fēng)扇引起的偶發(fā)性電機(jī)異音故障。通過對故障原因進(jìn)行分析可找到排除該故障的方法。

動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)；啟動(dòng)異音；異音頻譜分析；外風(fēng)扇剖切

動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)影響著整個(gè)動(dòng)車組的運(yùn)行安全，一旦發(fā)生故障不僅影響動(dòng)車運(yùn)行還會給乘客帶來安全隱患。做好動(dòng)車變壓器風(fēng)機(jī)電機(jī)的故障診斷，及時(shí)排除故障是整個(gè)動(dòng)車組運(yùn)行必須重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

噪音分析是判斷電機(jī)故障的重要手段。由于電機(jī)所發(fā)出的異音噪音來源于電機(jī)內(nèi)部的零部件破損或者故障，因此當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生異音噪音時(shí)，就可以斷定電機(jī)處于不正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。電機(jī)的噪音問題一直存在，雖然多年來研究人員針對不同的噪音進(jìn)行了大量的研究，但是噪音問題并沒有得到徹底解決。

1　故障測試

本次研究的噪音故障產(chǎn)品為某型牽引變壓器冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)。在其運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)有持續(xù)1秒左右異音。使用手持式噪音分析儀測得噪音頻譜圖，如圖1所示。

圖1　噪音頻譜圖

2　故障定位

2.1　故障源查找

對故障電機(jī)進(jìn)行檢測和拆解，通過外觀檢查、電氣性能檢查等發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品沒有磕碰、刮痕、開裂等異常，振動(dòng)值等也均滿足要求。

將電機(jī)風(fēng)罩拆下，手動(dòng)反向搖動(dòng)風(fēng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)外風(fēng)扇有輕微晃動(dòng)現(xiàn)象。拆除風(fēng)罩后試驗(yàn)，存在啟動(dòng)異音，如圖2所示；拆除外風(fēng)扇試驗(yàn)，啟動(dòng)異音消失，如圖3所示。

圖3　拆除外風(fēng)扇試驗(yàn)

在故障電機(jī)上安裝另一同型號外風(fēng)扇進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行正常。由此可以得出結(jié)論：電機(jī)在啟動(dòng)過程中發(fā)出的異音音是由電機(jī)外風(fēng)扇引起的。

2.2　外風(fēng)扇檢測

2.2.1外觀檢測

外風(fēng)扇內(nèi)面如圖4所示。通過故障重現(xiàn)發(fā)現(xiàn)：風(fēng)扇軸向沒有晃動(dòng)，圓周方向有幅度較小、無法檢測具體數(shù)值的輕微晃動(dòng)。經(jīng)三坐標(biāo)檢測，外風(fēng)扇尺寸是合格的。

圖4 外風(fēng)扇內(nèi)面

2.2.2內(nèi)部檢測

選取6個(gè)外風(fēng)扇試件進(jìn)行對比檢驗(yàn)，試件說明如表1所示。

表1　試件說明

(1)X光檢測

對6個(gè)外風(fēng)扇試件進(jìn)行X光檢測與分析，檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5　外風(fēng)扇X光檢測結(jié)果

通過X光檢測可以看出：風(fēng)扇質(zhì)量與制作批次有一定關(guān)系；正常裝配與拆卸、加熱不會對外風(fēng)扇質(zhì)量造成影響；驗(yàn)證性破壞敲擊的試件有填充不充分現(xiàn)象，但結(jié)合敲擊位置分析，無法判定缺陷是由試件本身質(zhì)量導(dǎo)致還是由破壞性敲擊導(dǎo)致；根據(jù)《GB/T 11346-2018 鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級》，故障風(fēng)扇的缺陷等級為6級，不符合GB/T 9438-1999的規(guī)定；其他風(fēng)扇鑄件的氣孔缺陷等級均小于5級，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(2)剖切檢測

選取本次故障風(fēng)扇(A1001)、與故障風(fēng)扇同風(fēng)機(jī)風(fēng)扇(A1002)、多次裝配后人工破壞性敲擊鑄鋁面的風(fēng)扇(A1005)三個(gè)試件進(jìn)行剖切，剖切方案如圖6所示。試件剖切對比如表2所示。

圖6　剖切方案示意圖

表2　試件剖切對比

3　故障分析

3.1　故障機(jī)理

3.2　外風(fēng)扇結(jié)構(gòu)分析

外風(fēng)扇采用了鋁合金葉面加嵌鋼套的結(jié)構(gòu)形式，其中鋼套外緣帶矩形槽結(jié)構(gòu)，鋁合金和鋼套鑄成一體。外風(fēng)扇結(jié)構(gòu)如圖7所示，鋼套設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖7　外風(fēng)扇結(jié)構(gòu)圖

圖8　鋼套設(shè)計(jì)示意圖

鑄造鋁合金葉面+鋼套結(jié)構(gòu)在電機(jī)行業(yè)使用普遍，是一種成熟可靠的結(jié)構(gòu)。

(1)高溫鑄造完成后，整體冷卻。由于鋁合金的線脹系數(shù)是鋼材的2倍左右，因此當(dāng)外風(fēng)扇冷卻后，鋁合金部分可將鋼套緊緊箍住。

(2)外風(fēng)扇的冷卻條件較好，升溫幅度不大，在10k以下。

(3)該結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品，一些大型受力部件也是采用這種結(jié)構(gòu)，如高壓大電機(jī)的外風(fēng)扇、機(jī)車上風(fēng)機(jī)負(fù)載(外風(fēng)扇)等。

3.3　故障原因分析

產(chǎn)生外風(fēng)扇工作異常的原因主要有以下3個(gè)。

(1)外風(fēng)扇有鑄造缺陷，導(dǎo)致葉面和鋼套嚙合不足。

(2)在外風(fēng)扇裝配過程中，風(fēng)扇葉面意外受力導(dǎo)致輕微缺陷。

(3)外風(fēng)扇在運(yùn)行過程中，長時(shí)間受離心力、扭力等復(fù)雜作用力影響，使微小缺陷逐步擴(kuò)大并累積，最終導(dǎo)致晃動(dòng)問題。

4　總結(jié)

根據(jù)故障分析及外風(fēng)扇檢測分析得出以下3個(gè)結(jié)論。

(1)故障外風(fēng)扇本身存在質(zhì)量缺陷，是導(dǎo)致外風(fēng)扇晃動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng)機(jī)異音的根本原因。

(2)外風(fēng)扇結(jié)構(gòu)較為成熟。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，外風(fēng)扇只受離心力作用，即使存在晃動(dòng)也不會對風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行造成影響。外風(fēng)扇有矩形槽結(jié)構(gòu)和擋圈緊固，不會出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，不會影響行車安全，但會存在瞬時(shí)噪音異常。

(3)加強(qiáng)外風(fēng)扇的制作過程品控并在裝配前增加外風(fēng)扇手檢的環(huán)節(jié)，確保產(chǎn)品質(zhì)量，可有效降低故障率。

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Analysis of short time abnormal noise of fan motor starting in EMU

ZHANG Jinhuang，MA Guangqiang

(Hunan CRRC Shangqu Electric Co., Ltd. Zhuzhou, Hunan 412000, China)

The transformer fan motor affects the operation safety of the whole EMU. Once the fault occurs, it will not only affect the operation of EMU, but also bring safety risks to passengers. Taking a series of fan motors of the high-speed locomotive transformer as an example, an accidental abnormal sound fault of the motor caused by the external fan is found, after detecting the abnormal sound and noise of the fan motor. Through analyzing the cause of the fault, the method to eliminate the fault can be found.

transformer fan motor for EMU; abnormal sound when starting; abnormal noise spectrum analysis; external fan section

U266

A

2096–8736(2021)03–0042–04

張進(jìn)煌(1981—)，男，福建龍巖人，大學(xué)本科，助理經(jīng)濟(jì)師，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)質(zhì)量技術(shù)。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍