频谱细化在电机振动故障诊断中的应用

频谱细化在电机振动故障诊断中的应用频谱细化在电机振动故障诊断中的应用王祖珍摘要在日常机械故障诊断中，采用常规谱就能对设备的故障进行分析诊断，但是某些电气故障在常规谱里无法识别，容易跟机械故障相混淆。介绍如何运用频谱细化谱对电气故障进行识别诊断，以及实际应用情况。关键词电机故障频谱细化谱分析诊断一、电机振动故障形式电机振动故障主要有以下7种形式。 (1)定子异常产生的电磁振动; (2)气隙不均匀引起的电磁振动(气隙不均匀又分为两种:静态不均匀和动态不均匀); (3)转子导体异常引起的电磁振动; (4)转子不平衡产生...

频谱细化在电机振动故障诊断中的应用王祖珍摘要在日常机械故障诊断中，采用常规谱就能对设备的故障进行分析诊断，但是某些电气故障在常规谱里无法识别，容易跟机械故障相混淆。介绍如何运用频谱细化谱对电气故障进行识别诊断，以及实际应用情况。关键词电机故障频谱细化谱分析诊断一、电机振动故障形式电机振动故障主要有以下7种形式。 (1)定子异常产生的电磁振动; (2)气隙不均匀引起的电磁振动(气隙不均匀又分为两种:静态不均匀和动态不均匀); (3)转子导体异常引起的电磁振动; (4)转子不平衡产生的机械振动; (5)滚动轴承异常产生的机械振动(其中包括滚动轴承的损坏、加工和装配不良引起振动、轴承非线性特性引起振动力等等); (6)滑动轴承振动(包括油膜涡动产生的异常振动和油膜振荡产生的异常振动); (7)安装、调整不良引起的机械振动。以上7种形式的振动故障中前3种振动属于电气故障，后4种属于机械故障。二、如何利用频谱细化识别电机电气故障和机械故障一般来说，在设备的日常巡检和故障诊断中，对设备的振动数据采集时，按常规采集定义设置频谱的频带宽2000Hz，800条谱线数就可以了。对于所需要了解的转速半倍频、1倍频、2倍频、多倍频以及滚动轴承机械故障特征频率都能在常规频谱图上反映出来。但对于电机来说，大部分电气故障的频率成分反映在电源频率的2倍频即100Hz，而厂里绝大部分电机的额定转速在2970r/min左右，它的转速2倍频为99Hz左右，和电源2倍频非常接近，只相差1Hz左右，所以在常规频谱图上，很难分辨出是转速2倍频还是电源2倍频。而且电气故障的精密诊断还要通过转速的倍频及其他特征频率的边带来分析故障，要求频率分辨率达到20~120转,条谱线数而常规谱图(频带宽2000Hz、800条谱线数)的频率分辨率只有2000×60/800=150转,条谱线数，这样的频潜分辨率较低，这就需要利用频谱细化来进行分析。显然，需要对电源频率、转子条通过频率、转速频率的谐波频率或极通过频率的基频等本身作细化分析。而且在对任何电气故障问题进行频谱细化分析时，都应该采用对数幅值，这样才不会丢失环绕在诸如1×转速频率、电源频率或2×电源频率尖锋两侧的极通过频率边带，而这些极通过频率边带的幅值虽然很小，但仍然是表示潜在电气故障问题的信号。三、常规谱和细化谱的分析对比在巡检一台机泵时，发现该泵在运转时电机比较响，而且电机端的振动值也比较大，达4.36mm/s(振动损坏界限值7.1mm/s)，得到如图1所小频谱图。该机泵的有关参数如下: 电源频率f=50Hz L 极对数P=2 电机转速n=2978r/min M 转速频率f=49.6Hz M 同步转速n=120f/P=3000r/min S1 滑差频率f=(n-n)/60=0.37Hz SSM 极通过频率f=0.75Hz P 从图1可以看到，频谱反映的能量主要集中在101Hz处，达到3.26mm/s，同时还有1倍频、3倍频、多倍频等频率分量。该电机的转速为2975r/min，转频为49.58Hz，转速的2倍频是99.17Hz，而电源的2倍频是100Hz。如果把该频谱的能量作为转速2倍频的能量来考虑，该振源就应该是联轴器的对中不好、电机轴承安装偏心等而如果把该频谱的能量作为电源2倍频的能量来考虑，那振源就是来自电气方面的，要从转子、定子偏心和气隙不均匀等电气故障来分析。所以必须要知道这个频率是转速的2倍频还是电源的2倍频，两种频率结论能作出两种完全不同的诊断结论。如前所述，常规谱图的频率分辨率只有150转,条谱线数，无法分辨出101Hz的能量成分中99.17Hz与100Hz的频率分量各占多少，也就无法作出正确的诊断结论。为了能够准确地找出电机故障，有必要对振动频谱进行细化分析因此，对该电机的采集定义修改为频带宽为200Hz和3200条谱线数，这就使细化谱的频率分辨率达到200×60/3200=3.75150转,条谱线数。用细化谱采集的频谱图如图2。图3为图2在101HZ处的局部放大图。从图2和图3中可以看出，总能量分布和图1的常规图谱是一致的，但可以从细化潜图中得到常规谱图中不能看到的频谱边带。以图3为例说明，2倍电源频率(100Hz)分量5.87mm/s为主，2倍转速频率(99.25Hz)分量1.74mm/s以及两侧98.5Hz和100.75 Hz成分的边带，它们之间的频率差都是0.75Hz，正好为极通过频率。从而可以知道该电机故障主要在电气方面，为进一步给电机作精密诊断提供了依据。四、细化谱在电机故障诊断中的应用实例 1(乙二醇装置P701A泵电机故障诊断 2005年1月6日，乙二醇装置P701 A泵(EO装载泵)电机异响，怀疑电机与泵之间的联轴器对中不良，但经重新对中异响并未消除经过监测，发现泵的两个轴承座的振动幅值较小，而电机轴承的振动幅值较大，图4为电机轴承测点垂直方向的细化谱，图5为图4中100Hz处放大图。从图4、图5上可以看出振动总幅值达4.6mm/s，没有超标(?7.1mm/s )，但电源的2倍频(100Hz)分量值达3.85mm/s，已超标(电源二倍频分量?2.54mm/s)。而转速的1倍频(49.5Hz)和2倍频(99Hz)的值都较小，电源2倍频两侧出现边带。因此排除了联轴器不对中的可能，作出了设备故障为电气原因，要求检修电机。检修电机后重新开机，电机振动幅值较小，无异响，运转正常。 2(乙二醇装置P401A泵电机故障诊断 2006年6月19日，测得乙二醇装置P401 A泵振动值较大。该泵是EO反应器进料泵，所输送的介质是EO、HO，转速2978r/min，功率125kW。测点布置见图6，振动值见表1。 2 由表1可以看出，电机前轴承水平方向1H的振动数值达到6.150mm/s(振动标准 7.lmm/s)，从图7和图8的频谱细化谱上看，在电机1H和1V测点处，电源的2倍频分量达到4.56mm/s和4.25mm/s(电源2倍频分量振动标准是2.54mm/s)，都已经超标，同时两侧伴有边带。而且电源2倍频占了主要成分，其他频谱分量值较小。在数据的采集过程中看到此点的振动幅值变化在4.2~6.5mm/s之间波动，振幅的波形是正弦波形，仔细听该电机发出忽强忽弱的声响。因此可得出结论:P401A泵电机振动值偏大，是电气故障，振动源主要是电磁振动，要求在适当时候检修电机。频谱细化谱在电机故障诊断中具有非常重要的地位，是一种比较容易掌握的振动分析法，该振动分析法在电机故障诊断中具有较强的针对性及准确性，在设备故障诊断中能够比较快速地找出问题所在，有效地避免了在电机振动诊断中出现盲目性及不准确性。该诊断方法是一种成熟可行的电机振动故障诊断方法。

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