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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、額定轉速1490 r/min,冷卻方式為IC411。

2 故障現象

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出異常噪聲,且呈逐漸增大趨勢,并伴隨著明顯的嘯叫聲。

經過初步檢查,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,發現最高振動值出現在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。由此判斷,該噪聲應該與機械振動無關。

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,而是伴隨電機轉速的下降而減弱,可以據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部進行檢查,未發現風扇葉松動、開裂的現象,風扇罩內部無任何異物,可以判斷噪聲來源于電機內部。

拆開電機兩側端蓋,抽出電機轉子,電機內部軸承、繞組均未見異常,僅在非軸伸端轉子內風扇底部發現有絕緣漆滴落后開裂現象(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

經過測量,電機各項電氣指標均正常。通過對電機轉子的結構進行了觀察與分析,發現在轉子上有一圈管道連接了轉子的兩端,轉子轉動時起通風散熱作用(下圖)。

每當轉子旋轉一周,會有18個小孔經過開裂的絕緣漆層位置,小孔內的氣流吹過形成了“口哨效應”。經過簡單計算:每秒電機轉動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子和風扇引起的冷卻空氣湍流,在旋轉表面交替出現渦流引起的;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生的。    

這個447 Hz頻率數字接近主振頻率(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。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部的絕緣漆層,將電機回裝后試車,發現異常噪聲消失,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生的噪聲。根據散熱孔計算的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:振動診斷與轉子平衡

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