異步電機(jī)振動(dòng)噪音分析
2024-09-02
1 設(shè)備概況
6 kV交流異步電機(jī)，額定功率為725 kW、額定轉(zhuǎn)速1490 r/min，冷卻方式為IC411。
2 故障現(xiàn)象
該電機(jī)大修后，返廠后運(yùn)行1個(gè)月左右，運(yùn)維人員反映該電機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)出異常噪聲，且呈逐漸增大趨勢，并伴隨著明顯的嘯叫聲。
經(jīng)過初步檢查，電機(jī)各位置振動(dòng)速度均不超過1.5 mm/s，電機(jī)軸承潤滑良好。用簡易測振儀器檢測電機(jī)振動(dòng)速度時(shí)，發(fā)現(xiàn)最高振動(dòng)值出現(xiàn)在500 Hz附近（下圖），且遠(yuǎn)大于其它頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于電機(jī)轉(zhuǎn)速的1倍頻和2倍頻，而1倍頻和2倍頻的振動(dòng)主要與電機(jī)軸承損壞、動(dòng)不平衡、不對中、地腳缺陷相關(guān)。由此判斷，該噪聲應(yīng)該與機(jī)械振動(dòng)無關(guān)。
電機(jī)電磁噪聲大小隨磁場強(qiáng)弱、負(fù)載電流的大小而改變。做停電試驗(yàn)，電機(jī)停運(yùn)的瞬間，異常噪聲并未立即消失，而是伴隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而減弱，可以據(jù)此確定該異常噪聲不是電磁噪聲。
3 解體檢查
電機(jī)停運(yùn)后，運(yùn)維人員打開風(fēng)扇罩，對風(fēng)扇葉和風(fēng)扇罩內(nèi)部進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇葉松動(dòng)、開裂的現(xiàn)象，風(fēng)扇罩內(nèi)部無任何異物，可以判斷噪聲來源于電機(jī)內(nèi)部。
拆開電機(jī)兩側(cè)端蓋，抽出電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)內(nèi)部軸承、繞組均未見異常，僅在非軸伸端轉(zhuǎn)子內(nèi)風(fēng)扇底部發(fā)現(xiàn)有絕緣漆滴落后開裂現(xiàn)象（下圖）。該絕緣漆是電機(jī)大修時(shí)真空浸漆后，絕緣漆由于重力作用滴落在定子殼體上，修理廠檢修人員未及時(shí)清理干凈所致。
4 故障原因分析
經(jīng)過測量，電機(jī)各項(xiàng)電氣指標(biāo)均正常。通過對電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察與分析，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子上有一圈管道連接了轉(zhuǎn)子的兩端，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)起通風(fēng)散熱作用（下圖）。
每當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，會(huì)有18個(gè)小孔經(jīng)過開裂的絕緣漆層位置，小孔內(nèi)的氣流吹過形成了“口哨效應(yīng)”。經(jīng)過簡單計(jì)算:每秒電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1490÷60=24.83圈；每秒會(huì)有18x24.83=447個(gè)小孔吹過絕緣漆層開裂位置，可以理解為氣流吹過該位置的頻率為447 Hz。
空氣動(dòng)力噪聲分為渦流噪聲和笛鳴噪聲兩種。渦流噪聲主要是由轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇引起的冷卻空氣湍流，在旋轉(zhuǎn)表面交替出現(xiàn)渦流引起的；笛鳴噪聲是通過壓縮空氣或空氣在固定障礙物上擦過而產(chǎn)生的。
這個(gè)447 Hz頻率數(shù)字接近主振頻率（500 Hz），電機(jī)噪聲的來源基本確認(rèn)可能與開裂的絕緣漆層有關(guān)。如果把開裂的絕緣漆層清理干凈，噪聲應(yīng)會(huì)消失。
5 效果及改進(jìn)措施
清除了滴落在定子殼體內(nèi)部的絕緣漆層，將電機(jī)回裝后試車，發(fā)現(xiàn)異常噪聲消失，測量振動(dòng)的頻譜，500 Hz處的沒有任何反應(yīng)（圖5），可以確認(rèn)該電機(jī)之前發(fā)出的噪聲確實(shí)為空氣動(dòng)力性噪聲，即空氣在開裂的絕緣漆皮上擦過而產(chǎn)生的笛鳴噪聲。
個(gè)人對該文章的分析有一點(diǎn)看法：首先500HZ是由于流體通過開裂的絕緣漆造成的，也就是流體通過障礙物后產(chǎn)生的噪聲。根據(jù)散熱孔計(jì)算的447 Hz，反而說明散熱孔的設(shè)計(jì)與、運(yùn)行是正常的。
文中所述的機(jī)械原因排除，理由并不充分，當(dāng)某部件共振時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生高的振動(dòng)頻率。
另外懷疑是否為空氣動(dòng)力噪聲，最簡單的方法是在有條件的情況下停掉風(fēng)扇觀察。
來源：振動(dòng)診斷與轉(zhuǎn)子平衡
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