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振動監(jiān)測是診斷電機(jī)故障的方法之一

　　隨著生產(chǎn)形勢的日益嚴(yán)峻，連續(xù)生產(chǎn)、不間斷作業(yè)、提高產(chǎn)量、保證效益成為各單位追求的首要目標(biāo)。電機(jī)作為電器或各種機(jī)械的動力源，其故障帶來的影響也越來越大。電機(jī)故障原因較復(fù)雜，往往機(jī)械故障和電氣故障交纏混雜。可靠的電機(jī)監(jiān)測和維護(hù)可有效降低電機(jī)故障率，其中振動監(jiān)測是簡便而又比較成熟的電機(jī)故障監(jiān)測和診斷方法之一。

　　1 基本情況簡介

　　某煉油廠三催化循環(huán)油漿泵P210/2電機(jī)于1997年3月投用。該泵為雙支撐單級雙吸泵，泵兩端采用機(jī)械密封，兩端軸承采用油霧潤滑方式；電機(jī)軸承使用潤滑脂潤滑。

　　泵型號為12×14-26A×L；軸功率為278～323kW；設(shè)計流量為900m3/h；設(shè)計壓力為1.5MPa；設(shè)計溫度為350℃；操作流量為800m3/h；操作壓力為1.2MPa；操作溫度為335℃；介質(zhì)為油漿；泵聯(lián)軸器端（前）軸承型號為6318；泵非聯(lián)軸器端（后）軸承型號為7318B（2個背靠背）。

　　電機(jī)型號為YB-450S2-4W；功率為355kW；額定電流為41A；轉(zhuǎn)速為1470r/min；膜片聯(lián)軸器；電機(jī)軸伸端（前）軸承型號為NU322；電機(jī)非軸伸端（后）軸承型號為6322。

　　2 故障情況及分析

　　2.1故障情況

　　2012年8月14日，在檢測點（如圖1所示）檢測電機(jī)軸承，發(fā)現(xiàn)電機(jī)非軸伸端軸承振動加速度包絡(luò)gE值呈加速上升趨勢，軸承振動速度在允許范圍內(nèi)，為1.7mm/s，軸承溫度及聲音未見異常，測試數(shù)據(jù)見表1。檢測知電機(jī)非軸伸端軸承振動加速度包絡(luò)gE值最高為40，沖擊脈沖值LR/HR為55/44，已嚴(yán)重超標(biāo)，分析認(rèn)為非軸伸端軸承運行狀況欠佳。

　　

　　圖1設(shè)備監(jiān)測點示意圖

　　

　　　表1機(jī)泵測試數(shù)據(jù)

　　注：電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1490r/min，電機(jī)功率為355kW，測試儀器為SKF測振儀。

　　2.2頻譜分析

　　2012年8月23日上午，電機(jī)非軸伸端軸承加速度包絡(luò)gE值升至50，軸承聲音異常，振動速度為2.4mm/s。A點垂直振動頻譜圖、水平?jīng)_擊脈動頻譜圖、水平振動加速度包絡(luò)頻譜圖如圖2～圖4所示。

　　

　　圖2A點垂直振動頻譜圖

　　

　　圖3A點水平?jīng)_擊脈沖頻譜圖

　　

　　圖4A點水平振動加速度包絡(luò)頻譜圖

　　根據(jù)頻譜圖可知，主要振動頻率除工頻外還存在電源頻率2倍頻，并伴有非整數(shù)倍頻，推斷軸承出現(xiàn)松動和缺陷；在振動頻譜中，76.7Hz左右頻率尤其異常突出，該頻率與軸承外圈故障頻率接近，同時振動加速度包絡(luò)頻譜中有高頻突出，表明軸承已進(jìn)入故障加速損壞期。

　　電機(jī)后軸承隨運行時間的增長，其沖擊脈沖值和加速度包絡(luò)值先呈緩慢上升趨勢，且出現(xiàn)異常聲音，說明軸承已出現(xiàn)早期磨損故障特征。繼續(xù)運行，振動烈度呈緩慢上升趨勢，軸承溫度呈上升趨勢，但變化都不明顯，而沖擊脈沖值和加速度包絡(luò)值加速上升，呈不穩(wěn)定上升、下降來回波動趨勢，說明軸承已進(jìn)入中期磨損。此時，電機(jī)后軸承振動頻譜與運行初期相比已有明顯變化，如圖5所示，沖擊脈沖值LR/HR最高也已升到55/44，加速度包絡(luò)gE值最高已升到50。

 　　

　　（a）運行初期

　　

　　（b）運行15天后

　　

　　圖5后軸承振動頻譜圖

　　2.3軸承故障頻率計算

　　為了確定故障部位，對軸承故障頻率進(jìn)行計算。滾動軸承特征頻率一般包括內(nèi)圈通過頻率（Fi）、外圈通過頻率（Fo）、保持架頻率（Fc）、滾動體通過頻率（Fb），其計算式分別為：

　　Fi＝fZ(1＋dcosα/D)/2

　　Fo＝fZ(1－dcosα/D)/2

　　Fc＝f(1－dcosα/D)/2

　　Fb＝fD(1－d2cosα2/D2)/2d

　　式中，f為滾動軸承內(nèi)圈回轉(zhuǎn)頻率，Hz；d為滾動體直徑，mm；D為軸承節(jié)徑，mm；Z為滾動體個數(shù)；α為壓力角。

　　深溝球滾動軸承6322SKF的d為20mm，D為175mm，Z為8，α為0°，則Fi為110.5Hz，F(xiàn)o為為87.9Hz，F(xiàn)c為11Hz，F(xiàn)b為107Hz。

　　與頻譜圖對照，在振動頻譜圖中并沒有出現(xiàn)軸承故障頻率，但在沖擊脈沖頻譜圖中存在89、109、107Hz頻率，它們分別與軸承故障頻率外圈通過頻率（Fo）、內(nèi)圈通過頻率（Fi）、滾動體通過頻率（Fb）相對應(yīng)，表明軸承內(nèi)外圈及滾動體存在缺陷。

　　3 解體檢查試驗

　　2012年8月23日下午，對油漿泵P201/2電機(jī)非軸伸端軸承進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈滾道有條紋狀損傷（如圖6所示），局部觸摸有凹凸感。造成該損傷的原因有兩種：微振動和電蝕或放電。

　　

　　圖6電機(jī)非軸伸端軸承內(nèi)、外圈滾道磨損圖

　　電蝕是指電流在旋轉(zhuǎn)中的軸承的滾道輪和滾動體的接觸部分流動時，通過薄薄的潤滑油膜產(chǎn)生火花，從而導(dǎo)致接觸表面因發(fā)生局部熔化而變得凹凸不平。電蝕程度較大時，會引起表面剝落或促使旋轉(zhuǎn)表面的硬度降低而加快磨損進(jìn)度。產(chǎn)生電蝕的原因是內(nèi)外圈間存在電位差。電蝕較嚴(yán)重時，在軸承內(nèi)外圈滾道和滾柱表面可能會產(chǎn)生條紋狀電蝕。

　　微振動是指兩個接觸面間相對地反復(fù)微小滑動，主要發(fā)生在滾道面與滾動體的接觸部分上，微振動的結(jié)果是產(chǎn)生微振磨損。產(chǎn)生微振動的原因有潤滑不良；小振幅搖擺運動；過盈量不足。

　　為了查明軸承故障原因，首先對電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測。絕緣試驗146ms時，發(fā)生單相接地故障，C相電壓降為零，A、B相相電壓升至線電壓；絕緣試驗195ms時，電機(jī)A、B相絕緣擊穿，發(fā)生三相對稱接地短路，母線電壓降至41V左右。事后檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)三相對地絕緣電阻為零，電機(jī)引線絕緣狀況良好，電機(jī)線圈內(nèi)有焦味，電機(jī)引線、接線盒內(nèi)有焦黑碳粉，接線盒邊緣及固定引線金屬橫梁共有3處對地放電點，如圖7所示。

　　

　　圖7對地放電點圖

　　解體電機(jī)檢查定子線圈，未發(fā)現(xiàn)明顯故障點。測量定子線圈直流電阻：AB相為1.70Ω，AC相為1.74Ω，BC相為1.71Ω，直流電阻超差2.35%，不合格（規(guī)范要求線間電阻相互差別不超過1%）。對定子線圈進(jìn)行直流耐壓泄漏試驗，加壓至5000V時，泄漏電流為60μA；加壓至6000V時，泄漏電流為20mA，30s后電機(jī)軸伸端線圈端部兩線圈連接部位絕緣擊穿。

　　拆卸軸承后，測得其過盈量超過20μm，且潤滑脂充盈，因此排除潤滑不良及安裝過盈量不足導(dǎo)致條紋狀損傷的情況。現(xiàn)在只剩下小振幅搖擺運動一個因素，而產(chǎn)生此因素的條件是存在軸向力，且該軸向力方向不固定。

　　該泵為雙支撐單級雙吸泵，本身具有平衡軸向力的功能。但是，油漿含催化劑，泵體及密封環(huán)長期被沖刷，先是后軸承側(cè)口環(huán)間隙變大，軸向力沖向泵后軸承，隨著沖刷力越來越大，葉輪前口環(huán)間隙也變大，最終導(dǎo)致兩側(cè)口環(huán)間隙越來越大，此時轉(zhuǎn)子受到額外的交變軸向力作用。軸向力一部分由泵后軸承背靠背安裝的角接觸球軸承7318承受，當(dāng)軸承承載力小于軸向力時，轉(zhuǎn)子向軸自由端移動，軸向力通過聯(lián)軸節(jié)傳到電機(jī)，最終導(dǎo)致泵密封泄漏、電機(jī)軸承磨損。

　　4 結(jié)束語

　　可靠的電機(jī)監(jiān)測和維護(hù)可有效降低電機(jī)的故障率。振動監(jiān)測雖然不是電機(jī)監(jiān)測的最好方法，但是與其它監(jiān)測方法配合使用，運用得當(dāng)，可以為故障診斷打開突破口。對于深溝球軸承，利用沖擊脈沖值和加速度包絡(luò)gE值進(jìn)行綜合監(jiān)測，判斷軸承早中期故障狀態(tài)是有效的。結(jié)合頻譜分析，可對軸承中后期故障進(jìn)行診斷，對故障部位進(jìn)行確定。但是需要注意的是，對于不同的軸承類型，利用沖擊脈沖值和加速度包絡(luò)gE值綜合監(jiān)測、判斷軸承故障狀態(tài)，判別標(biāo)準(zhǔn)是有區(qū)別（與軸承游隙、軸承結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)）的。