電機振動故障診斷分析

1、 概述

該壓縮機為雙軸四級等溫壓縮，設計流量 93100立方米/h，排出壓力兆帕，主軸（電機）轉速1500r/min壓縮機的 4 個葉輪分別安裝在兩個轉速不同的小齒輪軸的兩側，構成高低速兩個轉子"每個葉輪與各自獨立的蝸殼構成氣流流道" 高低速轉子分別布置在大齒輪軸的兩側，由大齒輪帶動，大齒輪軸通過齒式聯軸器與電機連接，如圖 1 所示

2、 故障經過

2013年11月29 日，昆山漢吉龍測控技術有限公司公司接到X廠9號空壓機主電機轉子引線處開路，將該電機檢修處理后聯動試車，電機自由端軸承振動大，軸承外殼垂直方向振幅80um，檢查軸承調整瓦背緊力后，振幅降至 52um隨后轉入正常生產。 運行至12 月2日因空分工況不好，9號機組停產進入檢修。 對前 后軸瓦再次進行了檢查。 修后聯動試車 3 次，均發現電機后瓦振動大。 為避免頻繁啟車對壓縮機造成損傷和便于分析原因，單試電機" 結果西瓦振動仍高" 較高振幅達 600um，經對電機轉子做動平衡檢查調整后，單試電機正常，聯動試車電機西瓦振動劇烈， 反復多次均類似。

3、 振動故障分析

測點布置如圖1所示，在進行振動監測時，發現電機振動具有以下一些特征，電機單體試車時"其振動狀態良好，振動值不大，均在 20um以下，但當電機和壓縮機進行聯體試車時，壓縮機振動狀態良好，各軸承座處振動均在20um 左右, 而電機振動卻非常劇烈.其中，2013 年12 月13 日，用手持表測得聯體試車時測點1的H、V 和 A 向振動值分別為66um、190um、77um

在聯體試車電機出現振動異常后,如果在較短時間內脫開聯軸器再空轉電機，則電機不能恢復到單體試車時的正常狀態，例如測點1V 的振動速度值，在電機單體試車時不到1mm/s經聯體試車后，再空轉電機，則增至/s

電機同一測點處三個方向上的振動值相差明顯，以垂直方向為較大。

首先，在對電機進行振動頻譜分析時發現，其譜圖中一倍頻分量十分突出%即電機工頻分量占主導，當振動頻譜圖中一倍頻分量突出時， 分析原因可能有轉子存在不平衡故障，對轉速為1500r/min 的同步電機來說，同時還應考慮電氣方面的因素，但是，發現該電機兩個測點水平方向的振動值很小， 這不符合不平衡故障的一般特征，并且，檢測到電機在斷電的瞬間，其振動值立刻顯著降低，表明電機振動可能與電氣因素有關， 但經過對電機電氣方面的參數進行重新檢查和調整，電機振動故障依然存在，證明可以排除電氣方面的因素。

從對電機進行升速曲線分析時得知，由于該電機的工作轉速和其升速曲線上出現振動峰值時的轉速過于接近，則斷電后，電機的轉速會很快遠離振動峰值處的轉速，從而其振動值立刻顯著降低，如圖2所示。

根據VAST-DC23振動分析儀數據顯示引起振動的機理不同，通常將轉軸的振動分為強制振動和自激振動， 強制振動是由某些強制外力，如轉子的不平衡力作用在轉軸上而引起的， 而自激振動是轉子在運轉過程中產生的交變力作用于轉子所致，在強制振動中，當強制外力的頻率與轉軸的固有頻率相一致或十分接近時，則產生所謂的共振現象，這時，振動的振幅變得非常大，如果轉軸的轉速越過引起共振現象的臨界轉速，則其振幅立即變小，為防止共振現象的發生，在進行機器設計時要盡可能使其固有頻率偏離強制外力的頻率， 在自激振動中，由于維持振動的交變力是由運動本身所產生的。所以當引起交變力的條件發生改變時， 此交變力即行消失，自激振動是隨著時間而增長的，是失穩振動。 在對電機進行振動監測時發現， 該電機振動不僅劇烈， 而且振幅很不穩定， 且振動特性是非線性的，隨時間呈喇叭形急劇增長，例如，在 2分鐘的監測時間內，測點 1V 的振動位移值，從開始的150um 很快增大到300um，進而達到600um，大家知道，在電機振動故障中，如是機械或電氣方面的原因所致，則不論其振動如何劇烈，在較短的時間內，其振動值的增長一般不會如此迅速，除非經過較長時間振動以后，引起新的并發故障，才會導致振動值有一個明顯的增加， 但隨后又會大致保持在一個相對穩定的水平上，只有當發生自激振動，如油膜振蕩，或強制振動中的共振時，其振動值才會如此迅速地增長。

油膜振蕩引起的振動，雖然表現劇烈，且呈持續快速增長之勢，但是它對軸承油溫的變化比較敏感，并伴有低沉的吼叫聲，在試車過程中，發現電機的振動值對油溫的變化并不敏感， 沒有跡象表明該電機的振動故障是由軸承油膜振蕩引起的。

該機組的基礎為一整體框架結構， 由若干組成“日"字形的梁和六根立柱構成，電機和壓縮機分別安裝在日字形的兩端，運行中壓縮機側基礎兩邊出現嚴重縱向裂紋，根據系統的固有頻率與系統支撐剛度、系統的質量關系，單就電機而言，其固有頻率，與電機系統的支撐剛度，電機轉子的質量 有關，當電機和壓縮機聯機時，應將電機、聯軸器、壓縮機和基礎當作一個整體系統來看待，這樣，整個機組系統的固有頻率發生了變化。 因此在電機單體試車時， 電機的固有頻率和轉子強制外力的頻率較遠，

共振現象不會發生， 但是，當電機和壓縮機聯體試車時，一方面由于壓縮機側基礎出現嚴重裂紋，使整個系統的支撐剛度降低，另一方面，轉子的等效質量也相應變大， 這樣使得系統的固有頻率降低，并且過于接近轉子強制外力的頻率，從而導致系統共振現象的發生。 從圖2可知，機組轉子的臨界轉速實際為,1470r/min和轉速為1500r/min的強制外力的頻率非常接近，這樣機組發生共振。 綜合以上分析， 判斷電機的劇烈振動是電機自振頻率與系統固有頻率非常接近引起的，即共振。

4、 處理及效果

從此次處理解決機械電器振動問題分析， 振動是局部影響系統，性質非常復雜，分析判斷困難。 在對基礎進行加固處理，即對壓縮機側基礎出現裂紋的橫梁和立柱之間用混凝土澆筑成一體， 同時對電機側的立柱之間用角鋼進行加固。聯體試車時，電機前后軸承座處的振動均降到50um以下，電機振動故障得以消除，機組恢復了正常運行。