运用时域、频域、包络分析方法诊断电动机振动异常

1、运用时域、频域、包络分析方法诊断电动机振动异常电动机的状态监测是其维护工作的重要部分，对于如何运用状态监测工作指 导电动机的维护检修是设备管理人员关注的重点之一 ;对于大批量的电动机维护 来说，正确运用时域、频域和包络频谱分析其振动状态，显得尤为必要。标签：频域;时域;包络频谱0 引言某大型炼化企业大量电动机的运行检修工作中出现不同的问题，前期多通过 听诊和普通的监测手段进行分析电机运行情况，往往出现分析偏差较大的情况， 有电动机在运行中出现故障的现象。通过采用振动图谱分析法来降低故障率，图 谱分析一般有时域、频域、和包络频谱分析。振动时域分析是指控制系统在一定 的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能，通 过波形的变化来判断振动信息;振动频域分析是指在频域范围内应用图解分析法 评价系统性能的方法;包络解调分析是指将采集的振动信号进行解调后产生包络 线，并对其进行相应变换后做频谱分析，振动波形和频谱的变化会在一定程度上 反映出电动机振动的异常情况。1 电动机振动基础及故障诊断要求電动机的振动一般有电磁振动、机械振动，电动机的机械振动多表现为动不 平衡、对中不良

2、、轴承装配松动、机械故障引起的振动等。常用的振动分析方法 有时域分析、频域分析、幅值域分析和相域分析等，本文通过几个案例着重讲解 电动机振动异常时的时域、频域和包络频谱特征及振动诊断处理方法避免故障的 发生。掌握电动机状态监测分析和诊断技术，处理必备的专业技术知识外，必须要 掌握电动机的基础数据，这其中包括电动机额定电压、额定功率、额定转速及监 测时的转动速度，电动机运行时长，电动机所用润滑脂特性、润滑五定执行情况、 机泵间联轴器类型，电动机的安装方式和支撑形式，电动机是否经历过大修、大 修检修内容有哪些、是否处理过电机转子、定子、线圈等故障，再结合现场运行 状态监测进行比较全面、比较合理的分析和诊断。2 电机振动异常时的波形特征时域波形的变化分析多是指振动达到不满意时的波形分析，对未达到不满意 值，但变化异常的波形也要进行相应进行分析，如图 1、2、3 示。某装置蜡油转输泵P-16电动机转速2975r/m，额定电压0.4kV，额定功率 160kW，额定电流279A,运行中出现报警情况，进一步分析如下，2018年 4月至 10 月的振动监测数值一直处于设定的报警值之上，进一步分 析诊断

3、发现：风扇侧振动频谱图可以看出，振动集中在 50Hz 工频及边频，反映 电机转子的不平衡或风扇故障或轴弯曲及轻微松动现象 ;针对这一问题逐步排 查，排除风扇问题后检查转子动平衡的问题，发现转子靠近风扇侧的动不平衡量 达到35.7g，排除这一问题后水平和垂直振动值都达到要求，说明该电动机长期 振动较大确因转子动不平衡造成，这是一例在电机运行中出现的长期振动超标问 题的处理。下面的案例是在电机运行过程中，振动值未达到报警值，但是电动机轴承出 现异常的现场实际情况。某装置空冷电机P-111A,额定电压0.4kV,额定功率30kW,额定电流57.4A， 额定转速1480r/m，轴承型号6312C3，2017年2月至6月的半年中其振动数值 比较稳定，监测值未达到异常报警值，由于达到了检修周期，在停机检修的过程 中依然发现了轴承外圈滚道剥落缺陷，从该例中可以看出，对于运行时间较长的 电动机要关注其振动情况和频谱，注意进行有效的分析诊断，以避免设备带病运 行。3 电机振动异常时的频域特征电机振动异常时的频域图谱，不同的故障类型表现出不同的频域特征，下面 介绍电动机运行中出现振动异常时不同的频谱特征，

4、并进行针对性的分析，来诊 断不同的故障类型进行针对性的解决，如图4、5示：某循环水装置汽轮机P-01E，额定电压0.4kV，额定转速1440r/m，额定功 率4kW,额定电流8.8A，2018年11月巡检人员反应该电机出现振动异常情况, 电气维护人员现场查看该电机时可以感觉到明显的抖动，监听轴承部位声音正 常，润滑良好，经过现场状态监测分析及诊断发现电动机联轴器侧振动较风扇侧 明显，且该部位振动频谱图显示振动主要存在于1、2、3倍频，且1倍频明显较 大，存在角不对中的情况，随即对该汽轮机进行停电找中检查处理，经过检查和 重新找中后，开机运行正常，排除一起机泵不对中异常，避免造成电动机轴承和 转轴故障的发生。某装置焦化柴油转输泵P-201D，额定电压0.4kV，额定转速2980r/m，额定 功率132kW，额定电流234.5A, 2018年11月19巡检人员发现出现振动异常的 情况，联轴器侧轴承振动值超标，诊断分析该电机轴承振动频谱图发现，该部位 轴承速度值频谱出现1、2、3、4、6倍频的振动，结合地脚位置的监测值对比排 除软脚因素，脱开联轴器空试电机时发现该种情况仍然存在，随即对电机进

5、行解 体检修，在检修清洗完轴承发现深沟球轴承6317C3出现滚珠表面疲劳剥落情况, 由此可以看出轴承运行中出现的缺陷可以在频谱图中表现出来。这里介绍了电机运行过程中出现的机泵不对中、轴承松动的情况及处理方法 和结果，和前节介绍的电机动不平衡问题，基本涵盖了电动机运行中可能出现的 机械故障，电动机基础松动和联轴器故障造成的振动同样可以在频谱图上反映出来，类似的松动频谱在检查处理时脱开联轴器空试电机即可以排除故障。4 电机振动异常时的包络特征电动机在轴承部位出现异常时在包络频谱图上可以反映出轴承不同的故障 类型，从轴承四大部件的不同缺陷频率对应的特征值去观察相应的故障类型是有 效的判断轴承初期故障的手段，轴承内圈、外圈、滚动体、保持架固有特征频率 一个或者多个出现和监测数值重合的现象如图 6 示：在巡检人员发现电动机振动异常时，随即进行监测诊断分析，在振动趋势和 频谱图表现不明显时，需要分析轴承监测的包络频谱，在包络频谱图上可以较为 直观的看出故障缺陷出现在哪个位置,例如图6所示的高压循环冷水泵P-01D（额 定电压6kV,额定功率800kW,额定电流96.6A,额定转速992r/m,轴承:N330C3） 联轴器侧轴承滚动体和轴承内圈出现故障特征频率及谐波的情况,解体检修该电 机时发现该轴承圆柱滚子和内圈摩擦损迹明显。通过以上几个案例的时域波形、速度频谱和包络频谱可以看到,通过监测电 动机轴承振动运行时表现的时域、频谱和包络频谱特征,进而有效的分析异常振 动产生的原因并有针对性的解决,是为电动机振动分析诊断的基本方法,用以有 效避免振动异常造成的电动机故障和异常停机事故。5 结束语对于大型炼化企业来说大量的电动机检修维护工作是比较消耗人工和资金 的,掌握了电动机状态监测分析诊断技术,掌握电动机运行时正常和异常状态下 的图谱,就可以完成电动机由计划检修甚至故障检修转变为预知性检修,减少人 力物力。参考文献1ISO-10816,设备振动烈度国际标准S.黄志坚.机械设备振动故障监测与诊断M.化学工业出版社，2010.3黄一.机械基础.机械工业出版社, 2014.马金鹏,男, 1985.5,电气设备工程师,研究方向为电气设备运维管理;王立江,男,电气工程师,研究方向为电气设备运维;

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