船用電機(jī)軸承震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)探析

孟海輝，胡緒昌，王慶

船用電機(jī)軸承震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)探析

孟海輝，胡緒昌，王慶

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰 214431）

本文從滾動(dòng)軸承各部件故障頻率、振動(dòng)位移、軸承故障振幅三方面分析了船用電機(jī)的故障，介紹了振動(dòng)診斷過(guò)程，探析了船用電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并使用該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行了診斷，證明該方法具有實(shí)用性。

軸承 震動(dòng)信號(hào) 故障檢測(cè) 標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

隨著質(zhì)量體系建設(shè)完善推廣，單憑眼看、手摸、耳聽(tīng)、鼻嗅等傳統(tǒng)的感觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷設(shè)備故障已經(jīng)不能滿(mǎn)足質(zhì)量體系建設(shè)的要求。以往船用電機(jī)的軸承故障診斷主要是利用聽(tīng)棒、依靠人的聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷,這種方法過(guò)多依賴(lài)監(jiān)測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn),沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)。便攜式手持式測(cè)振儀的出現(xiàn)，可以把各種參數(shù)以數(shù)據(jù)的形勢(shì)表現(xiàn)出來(lái)，再結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)診斷故障,并制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)價(jià)軸承故障。

由于船舶動(dòng)力系統(tǒng)中大部分電機(jī)都是靠軸承支撐的，軸承工作狀態(tài)的好壞直接影響整臺(tái)機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，對(duì)軸承進(jìn)行故障診斷具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)理音便攜式手持式測(cè)振儀對(duì)軸承的位移、速度、加速度數(shù)值并結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)診斷方法判斷滾動(dòng)軸承故障。使新上崗的同志也能準(zhǔn)確迅速地判斷出軸承的狀態(tài)。

1 船用電機(jī)的故障分析

1）滾動(dòng)軸承各部件故障頻率分析

滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架組成。各元件表面產(chǎn)生的缺陷，如剝落坑、裂紋或膠合斑痕等使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)。

缺陷的尺寸愈大，振動(dòng)信號(hào)愈強(qiáng)。在實(shí)際中軸承各部件會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)剝落坑，產(chǎn)生的頻率是上述單個(gè)頻率的數(shù)倍。

2）振動(dòng)位移分析

由不平衡、不對(duì)中、轉(zhuǎn)子彎曲等原因引起的振動(dòng)，軸承點(diǎn)蝕、剝落產(chǎn)生的振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)位移一定時(shí)，頻率越高振動(dòng)就越大；在高頻振動(dòng)時(shí)，雖然振動(dòng)幅值可能很小，但由于振動(dòng)加速度是振動(dòng)位移的幾倍，所以，高速電機(jī)的允許振動(dòng)位移要比低速的要小。

3）軸承故障振幅分析

軸承振動(dòng)的成分非常豐富，包括有制造誤差引起的振動(dòng)分量，有安裝不當(dāng)引起的振動(dòng)分量。

軸承損傷也能引起較大振動(dòng)。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能由于某種原因而引起磨損、壓痕、裂紋、表面剝落等缺陷，這種缺陷必然引起沖擊振動(dòng)，另外由于滾動(dòng)軸承的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，使沖擊具有周期性，對(duì)發(fā)生在不同部位的損傷，沖擊具有不同的頻率和振幅。

根據(jù)GBT6075.3-2001標(biāo)準(zhǔn)可知，電機(jī)振動(dòng)位移的最大允許值如表1：

表1 電機(jī)振動(dòng)位移的最大允許值

2 振動(dòng)診斷過(guò)程

診斷過(guò)程主要有異常巡檢，故障狀態(tài)和部位診斷、故障類(lèi)型和原因分析三個(gè)部分。

1）異常巡檢

主要是對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷，采用便攜式測(cè)振儀對(duì)電機(jī)的狀態(tài)迅速有效地作出概括性評(píng)價(jià)，以對(duì)電機(jī)進(jìn)行早期故障診斷和趨勢(shì)控制。若巡檢后發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行正常，則無(wú)需進(jìn)一步診斷；反之，則應(yīng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步診斷。

2）故障狀態(tài)和部位診斷

一般使用測(cè)振儀拾取電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)信息，對(duì)這些信息進(jìn)行分析處理，以確定電機(jī)軸承故障的狀態(tài)部位。

3 船用電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)探析

由于GBT6075.3-2001標(biāo)準(zhǔn)是基于陸基穩(wěn)態(tài)的條件標(biāo)準(zhǔn)。使用理音VM-63A便攜式測(cè)振儀，它能夠檢測(cè)軸承的振動(dòng)，船舶上的電機(jī)是工作在搖擺晃動(dòng)的環(huán)境中的，所以，國(guó)標(biāo)的部分標(biāo)準(zhǔn)并不適應(yīng)船用軸承。但是我們可以其借鑒標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)船舶電機(jī)軸承振動(dòng)幅度，利用便攜式測(cè)振儀結(jié)合我們多年的經(jīng)驗(yàn)制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，給我們巡視檢查的同志一個(gè)參考和依據(jù)，從而使他們能夠更加快捷準(zhǔn)確的檢測(cè)軸承狀態(tài)。由于船用大部分電機(jī)都是3000轉(zhuǎn)和1500轉(zhuǎn)的，下面我們通過(guò)對(duì)同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min海水冷卻泵電機(jī)的振動(dòng)曲線（如圖1）和1500 r/min的主滑油泵電機(jī)的振動(dòng)曲線（如圖2）進(jìn)行跟蹤測(cè)量，以下就是軸承運(yùn)行的位移曲線：

圖1 3000 r/min電機(jī)軸承振動(dòng)曲線

圖2 1500 r/min電機(jī)軸承振動(dòng)曲線

根據(jù)以上運(yùn)行曲線可知，轉(zhuǎn)速高的軸承損壞時(shí)的振幅要比轉(zhuǎn)速低的軸承低一些?？梢愿鶕?jù)曲線分出軸承的幾個(gè)工作階段：

第一階段：測(cè)量軸承溫度正常、噪聲正常、振動(dòng)位移正常，軸承狀態(tài)優(yōu)。

第二階段，測(cè)量軸承溫度正常，噪聲略增大，振動(dòng)位移略增大，電機(jī)工作良好。

第三階段，測(cè)量軸承溫度略升高，用聽(tīng)棒可聽(tīng)到噪聲，振動(dòng)位移明顯增加，電機(jī)工作在容許的合格狀態(tài)。

第四階段，溫度明顯升高，噪聲強(qiáng)度明顯改變，振動(dòng)位移明顯增大，此時(shí)可能出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的變化。因此，絕不能讓軸承在第四階段中運(yùn)轉(zhuǎn)，否則將可能發(fā)生災(zāi)難性破壞。表2列出了四種程度方便我們的檢查人員迅速做出判斷：

表2 軸承的幾個(gè)工作階段的振動(dòng)位移

由上圖可以看出，軸承的磨損越來(lái)越嚴(yán)重，特別是到后期，軸承的聲音明顯有“喀吧、喀吧”的異常聲音，隨時(shí)都可能損壞，所以，一旦軸承的振動(dòng)位移達(dá)到或超過(guò)最大允許值后，應(yīng)及時(shí)采取措施。更換軸承，防止故障擴(kuò)大。

4 使用該標(biāo)準(zhǔn)的診斷實(shí)例

測(cè)試船的主海水泵，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為2940 r/min，同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min，運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)出振動(dòng)值偏大，現(xiàn)對(duì)其采用簡(jiǎn)易診斷和分析。

測(cè)點(diǎn)布置（如圖3）所示:

圖3 測(cè)點(diǎn)布置圖

簡(jiǎn)易診斷檢測(cè)的物理參量為振動(dòng)位移，圖中1、2為電機(jī)的前后軸承的測(cè)點(diǎn)，3、4為泵的前后軸承的測(cè)點(diǎn)。結(jié)果如表3所示。

表3 電動(dòng)機(jī)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)位移

根據(jù)制定的的標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)量點(diǎn)1和2的振動(dòng)位移值可知,測(cè)量結(jié)果是不合格。根據(jù)故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，用手摸電機(jī)的前后軸承部位，感覺(jué)溫度明顯升高，站在電機(jī)的旁邊，也能感覺(jué)到有一些輕微的震動(dòng)，用聽(tīng)棒聽(tīng)電機(jī)的聲音發(fā)現(xiàn)電機(jī)的軸承聲音極不均勻，有明顯的嘎啦嘎啦的聲音，測(cè)量電流也發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的三相電流雖未超過(guò)額定值，但是也接近了額定值，診斷結(jié)果分析可知，該泵的電機(jī)軸承可能有嚴(yán)重故障，需要立即更換。

故障診斷的拓展，為進(jìn)一步查明該電機(jī)存在的故障原因和部位，結(jié)合測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)故障的特征可知，該電機(jī)為軸承間隙過(guò)大故障，主要原因?yàn)殡姍C(jī)軸承嚴(yán)重磨損造成。

在找到了振動(dòng)故障之后，我們對(duì)電機(jī)的滾動(dòng)軸承進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)電機(jī)前后軸承保護(hù)架松動(dòng)，內(nèi)圈和外圈松動(dòng)，外圈也有一定程度的磨損，由于此類(lèi)故障較常見(jiàn)。所以，在確定了故障之后，我們對(duì)電機(jī)的軸承進(jìn)行了換新。結(jié)果表明，電機(jī)的振動(dòng)幅度明顯減小。

在檢查中，為正確識(shí)別、診斷軸承的故障,必須正確的判斷軸承故障特征。軸承由于使用條件和環(huán)境的不同，會(huì)出現(xiàn)磨損、壓痕、裂紋、表面剝落、燒損、銹蝕和缺油等各種異?，F(xiàn)象，這些異常現(xiàn)象都將引起電機(jī)的振動(dòng)。因此，采用振動(dòng)診斷法,通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行時(shí)軸承處的振動(dòng)信號(hào),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)、信號(hào)分析，就可判定軸承的工況是否正常,進(jìn)而診斷其故障。為了能更好的分析和判斷問(wèn)題所在，可以根據(jù)每次修理的故障現(xiàn)象建立故障樹(shù)，在以后的故障現(xiàn)象中，利用故障樹(shù)分析軸承運(yùn)行中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象而產(chǎn)生的振動(dòng)狀態(tài)，能夠快速準(zhǔn)確的判斷電機(jī)軸承的故障所在，準(zhǔn)確判定故障類(lèi)型和部位。從而避免了因電機(jī)軸承故障引起的更大損害。

5 結(jié)論

目前由于船用電機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)、工作環(huán)境惡劣，所以故障多種多樣，但表現(xiàn)形式主要都是以振動(dòng)為主。本方法操作簡(jiǎn)單，判斷迅速，且不需要積累太多的經(jīng)驗(yàn)就能勝任檢查巡視工作。所以巡視人員均可參照上述的振動(dòng)原因及處理方法，根據(jù)實(shí)際情況加以判斷、分析和處理。在實(shí)際使用中要根據(jù)各個(gè)故障的參數(shù)，不斷的完善故障樹(shù)的內(nèi)容，把設(shè)備管理工作提高到一個(gè)新的水平，為優(yōu)化檢修方式、降低維修費(fèi)用提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。此項(xiàng)方法還可以用與其他機(jī)械的震動(dòng)檢測(cè)，因此，有較高的推廣價(jià)值。

[1] 梅宏斌. 滾動(dòng)軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)理論方法系統(tǒng)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1995.

[2] 王江萍. 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

[3] 宋如英. 關(guān)于滾動(dòng)軸承振動(dòng)噪聲測(cè)量值的商榷[J]. 軸承, 1998, (11): 30~34.

Vibration Standard Analysis of Bearing of Marine Electric-motor

Meng Haihui, Hu Xuchang, Wang Qing

(China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department, Jiangyin 214431, Jiangsu, China)

TM307

A

1003-4862（2014）10-0052-03

2014-04-18

孟海輝（1977）男，工程師。研究方向：船電設(shè)備。