異步電機振動噪音分析
2024-09-02
1 設備概況
6 kV交流異步電機，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
該電機大修后，返廠后運行1個月左右，運維人員反映該電機在運行時發(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，電機各位置振動速度均不超過1.5 mm/s，電機軸承潤滑良好。用簡易測振儀器檢測電機振動速度時，發(fā)現(xiàn)最高振動值出現(xiàn)在500 Hz附近（下圖），且遠大于其它頻率。這個頻率遠大于電機轉(zhuǎn)速的1倍頻和2倍頻，而1倍頻和2倍頻的振動主要與電機軸承損壞、動不平衡、不對中、地腳缺陷相關(guān)。由此判斷，該噪聲應該與機械振動無關(guān)。
電機電磁噪聲大小隨磁場強弱、負載電流的大小而改變。做停電試驗，電機停運的瞬間，異常噪聲并未立即消失，而是伴隨電機轉(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
電機停運后，運維人員打開風扇罩，對風扇葉和風扇罩內(nèi)部進行檢查，未發(fā)現(xiàn)風扇葉松動、開裂的現(xiàn)象，風扇罩內(nèi)部無任何異物，可以判斷噪聲來源于電機內(nèi)部。
拆開電機兩側(cè)端蓋，抽出電機轉(zhuǎn)子，電機內(nèi)部軸承、繞組均未見異常，僅在非軸伸端轉(zhuǎn)子內(nèi)風扇底部發(fā)現(xiàn)有絕緣漆滴落后開裂現(xiàn)象（下圖）。該絕緣漆是電機大修時真空浸漆后，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清理干凈所致。
4 故障原因分析
經(jīng)過測量，電機各項電氣指標均正常。通過對電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進行了觀察與分析，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)動時起通風散熱作用（下圖）。
每當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，會有18個小孔經(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”。經(jīng)過簡單計算:每秒電機轉(zhuǎn)動1490÷60=24.83圈；每秒會有18x24.83=447個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447 Hz頻率數(shù)字接近主振頻率（500 Hz），電機噪聲的來源基本確認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，噪聲應會消失。
5 效果及改進措施
清除了滴落在定子殼體內(nèi)部的絕緣漆層，將電機回裝后試車，發(fā)現(xiàn)異常噪聲消失，測量振動的頻譜，500 Hz處的沒有任何反應（圖5），可以確認該電機之前發(fā)出的噪聲確實為空氣動力性噪聲，即空氣在開裂的絕緣漆皮上擦過而產(chǎn)生的笛鳴噪聲。
個人對該文章的分析有一點看法：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)散熱孔計算的447 Hz，反而說明散熱孔的設計與、運行是正常的。
文中所述的機械原因排除，理由并不充分，當某部件共振時，可能會產(chǎn)生高的振動頻率。
另外懷疑是否為空氣動力噪聲，最簡單的方法是在有條件的情況下停掉風扇觀察。
來源：振動診斷與轉(zhuǎn)子平衡
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