振動(dòng)頻譜分析在核級(jí)電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

葉輝

摘要：在中國(guó)的核電工程中，其對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定性和線(xiàn)圈有著特殊的要求，因此大都采用核級(jí)電機(jī)，而在核級(jí)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，存在一些故障問(wèn)題，嚴(yán)重影響了其安全運(yùn)行，這對(duì)于核電工程來(lái)說(shuō)具有十分重要的不利影響，因此需要加強(qiáng)對(duì)核級(jí)電機(jī)故障的診斷，并采取有效的解決措施。本文就是在此基礎(chǔ)之上，對(duì)振動(dòng)頻譜分析技術(shù)在核級(jí)電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，內(nèi)容僅供參考。

關(guān)鍵字：振動(dòng)頻譜分析；核級(jí)電機(jī)；故障診斷；應(yīng)用

前言

在核級(jí)電機(jī)故障診斷的過(guò)程中，應(yīng)用頻譜分析技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，有效降低檢修費(fèi)用，避免非計(jì)劃停車(chē)，為開(kāi)展?fàn)顟B(tài)維修提供技術(shù)支持。而本文對(duì)振動(dòng)頻譜分析在核級(jí)電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用分析，具有一定的研究?jī)r(jià)值和意義。

1頻譜分析法概述

頻譜分析指利用傅里葉變換的方法對(duì)振動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行分解，并按頻率順序展開(kāi)，使其成為頻率的函數(shù)，進(jìn)而在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行研究和處理的一種過(guò)程。頻譜分析技術(shù)多應(yīng)用于通信工程和自動(dòng)控制過(guò)程等領(lǐng)域。

振動(dòng)頻譜分析指的是在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)其振動(dòng)信號(hào)的收集，采用頻譜分析技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其故障的診斷。而在實(shí)際的診斷過(guò)程中，一般是由以下幾方面的步驟進(jìn)行：第一，將裝有微型加速計(jì)的測(cè)頭接觸傳送帶上運(yùn)送的電機(jī)；第二，檢測(cè)電機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，并通過(guò)放大器放大后再輸入FFT分析儀中；第三，將檢測(cè)得到的振動(dòng)頻譜與預(yù)先在分析儀中設(shè)定的判別譜進(jìn)行比較；第四，進(jìn)行合格與否判斷，并輸出判斷信號(hào)。

2電機(jī)故障的振動(dòng)頻譜分析機(jī)理

利用振動(dòng)法對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診斷，主要應(yīng)用頻譜分析方法，振動(dòng)和頻譜分析技術(shù)在電機(jī)的故障診斷中是相輔相成的，共同運(yùn)作之下才能夠保證故障診斷的準(zhǔn)確性，進(jìn)而達(dá)到故障診斷的目的。頻譜分析法法的核心原理為：

頻譜分析法的主要作用是求解電機(jī)各部件的特征頻率，并根據(jù)特征頻率將各部件的振動(dòng)區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而對(duì)電機(jī)的故障進(jìn)行定位分析與診斷。而有關(guān)人員在核級(jí)電機(jī)的各種運(yùn)行情況下，通過(guò)對(duì)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采集大量信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的處理與分析，總結(jié)得到各種故障引起的振動(dòng)特征頻率，如表1。

注：z為滾珠或滾柱數(shù)目；n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；d為滾珠直徑；D為滾珠分布直徑；β為軸承壓力角；f1為定子外加電源頻率；fr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率；k=6，7，…，12；R為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)；p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率；靜態(tài)偏心時(shí)，nd=0；動(dòng)態(tài)偏心時(shí)，nd=1；nw=2，4，6…。

通過(guò)上表的機(jī)理公式，有關(guān)人員通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集和分析，通過(guò)計(jì)算就可以得出出現(xiàn)故障的準(zhǔn)確位置，從而幫助維修人員快速解決電機(jī)故障問(wèn)題，提高電機(jī)運(yùn)行效率，進(jìn)而促進(jìn)生產(chǎn)效益的提高。

3電機(jī)故障的振動(dòng)頻譜特征

3.1定子偏心、鐵芯片短路及鐵芯松動(dòng)故障

定子故障產(chǎn)生2倍電源頻率2FL振動(dòng)，但未必產(chǎn)生極并通過(guò)頻率邊帶，因?yàn)槠湔駝?dòng)源在定子內(nèi)部，所以它們被轉(zhuǎn)速頻率或者滑差頻率調(diào)制?？赏ㄟ^(guò)以下三種方式區(qū)分是機(jī)械松動(dòng)或不對(duì)中引起的機(jī)械故障激振頻率或電氣故障激振頻率：（1）時(shí)間同步平均譜；（2）細(xì)化譜分析；（3）斷電試驗(yàn)。

3.2轉(zhuǎn)子偏心

轉(zhuǎn)子偏心指的是電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙變化引起的故障，偏心的轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的可變氣隙，引起脈沖振動(dòng)，通常在電源頻率的2倍2FL與最靠近的轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率之間，常需要采用細(xì)化譜分離2FL與轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率。

3.3轉(zhuǎn)子條松動(dòng)故障

電機(jī)轉(zhuǎn)子條松動(dòng)故障常產(chǎn)生1倍轉(zhuǎn)速頻率的大振動(dòng)及其兩側(cè)極通過(guò)頻率（FP）的邊帶，此外，轉(zhuǎn)子故障常產(chǎn)生轉(zhuǎn)速頻率的第二、第三、第四和第五階諧波頻率兩側(cè)的FP邊帶。轉(zhuǎn)子條通過(guò)頻率的二次諧波頻率（2RBPF）幅值增大十分明顯，而1RBPF并不會(huì)很大，同時(shí)其2倍電源頻率的邊帶幅值也明顯增大。

3.4電動(dòng)機(jī)相位故障（接頭松動(dòng)）

產(chǎn)生兩倍電源頻率2FL的過(guò)大的振動(dòng)幅值，并且兩側(cè)伴有1/3電源頻率的邊帶。

4應(yīng)用頻譜分析法的診斷分析

4.1電動(dòng)機(jī)軸承故障

在某廠(chǎng)電機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)行的過(guò)程中，存在以下故障問(wèn)題：第一，負(fù)載側(cè)軸承水平速度的時(shí)域波形圖中有表面損傷的特征波形，這說(shuō)明內(nèi)、外滾道或者滾柱的滾動(dòng)面有損傷，負(fù)載側(cè)時(shí)域波形如圖1所示；第二，負(fù)載側(cè)軸承水平徑向速度的頻譜圖中低頻段中45～150Hz范圍內(nèi)“新生”了很多譜線(xiàn)，如圖2所示。

通過(guò)對(duì)以上頻譜圖進(jìn)行分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：負(fù)載側(cè)軸承異常頻譜的出現(xiàn)是由于滾動(dòng)體及內(nèi)圈故障引起，應(yīng)立即停機(jī)整頓。

針對(duì)上述故障，有關(guān)人員需要將該機(jī)下線(xiàn)解體并進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查負(fù)載側(cè)軸承圓柱滾子是否出現(xiàn)卡死、內(nèi)滾道是否出現(xiàn)剝落。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行維修處理或者是更換新的零部件。

4.2不對(duì)中故障

在核級(jí)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其穩(wěn)定性具有較高的要求，一旦發(fā)現(xiàn)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在振動(dòng)不當(dāng)?shù)那闆r，就需要對(duì)其進(jìn)行故障診斷。利用頻譜分析法對(duì)電機(jī)和減速器等進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集與分析，從而制定出頻譜圖，需要注意的是，在數(shù)據(jù)收集的過(guò)程中，需要確定測(cè)點(diǎn)。一般情況下，測(cè)點(diǎn)分為4個(gè)，主要分布在電機(jī)的兩端，和減速器的兩端。由于4個(gè)測(cè)點(diǎn)位置的速度不同，我們就可以對(duì)測(cè)點(diǎn)速度的差值對(duì)故障進(jìn)行診斷。一般情況下，主要是電機(jī)負(fù)載側(cè)軸向振動(dòng)和其他測(cè)點(diǎn)之間差距過(guò)大，那么就可以得出電機(jī)存在不對(duì)中故障。

經(jīng)過(guò)有關(guān)人員檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)存在柱銷(xiāo)聯(lián)軸器軸心徑向位移不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。為此，可以重新對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，從而使得電機(jī)運(yùn)行回復(fù)正常。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要從頻譜分析法的概念入手，并在電機(jī)故障的振動(dòng)頻譜分析機(jī)理基礎(chǔ)之上，對(duì)電機(jī)故障的振動(dòng)頻譜特征：定子偏心、鐵芯片短路及鐵芯松動(dòng)故障、轉(zhuǎn)子偏心、轉(zhuǎn)子條松動(dòng)故障、電動(dòng)機(jī)相位故障（接頭松動(dòng)）進(jìn)行了探討，最后詳細(xì)分析了應(yīng)用頻譜分析儀對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承故障和不對(duì)中故障的判斷，這對(duì)于提高電機(jī)運(yùn)行故障判斷效率，促進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張豐.頻譜分析技術(shù)在電動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2012，（05）：61-62.

[2]呂志遠(yuǎn).基于振動(dòng)頻譜分析的電動(dòng)機(jī)故障診斷[J].冶金動(dòng)力，2008，（05）：17-19.endprint