电机作为工业生产和日常生活中广泛应用的动力设备,其运行状态的稳定性至关重要。在电机的各类故障中,振动问题较为常见且复杂。电机振动不仅影响自身的性能和寿命,还可能对与之相连的设备及周围环境产生不利影响。本文将全面剖析电机振动的原因、危害,并详细介绍查找振动原因的方法以及针对不同故障的检修措施。
一、电机振动危害多
电机一旦产生振动,危害不容小觑。振动会使绕组绝缘不断受到冲击,大大缩短其使用寿命,同时也会严重影响轴承的正常运转,减短轴承寿命。对于滑动轴承而言,振动干扰了正常的润滑过程。持续的振动力会使绝缘缝隙逐渐扩大,外界的粉尘和水分便有了可乘之机,入侵其中后,绝缘电阻降低,泄漏电流增大,严重时甚至直接导致绝缘击穿,引发电气事故。在一些带有冷却器的电机中,振动还容易使冷却器水管振裂,焊接点振开,影响冷却效果,进而影响电机整体性能。
电机振动还会殃及负载机械。它会造成负载机械的损伤,降低工件加工精度,使机械部分长期处于疲劳状态,地脚螺丝可能因此松动甚至断掉。对于采用碳刷和滑环的电机,振动会导致碳刷和滑环异常磨损,在直流电机中,还可能出现严重刷火,烧毁集电环绝缘,同时产生令人不安的噪音,影响工作环境。
二、多因素致电机振动
机械因素
1、转动部件不平衡:转子、耦合器、联轴器、传动轮等部件若出现不平衡,电机旋转时会产生离心力,引发振动。此外,铁心支架松动、斜键或销钉失效松动以及转子绑扎不紧,也会造成转动部分质量分布不均,导致不平衡振动。这种情况在实际电机运行中较为常见,许多因制造工艺偏差或长期使用磨损导致的部件不平衡,都可能成为振动的源头。
2、轴系不对中:联动部分轴系在安装时若对中不良,中心线不重合,定心不正确,电机运行时会产生附加应力,引起振动。而且,即使冷态时中心线重合,运行一段时间后,由于转子支点、基础等变形,中心线被破坏,同样会产生振动。据相关统计,在因安装问题导致的电机故障中,轴系不对中占比较大。
3、相关部件故障:与电机相连的齿轮、联轴器若存在故障,如齿轮咬合不良、轮齿磨损严重、联轴器歪斜错位、齿式联轴器齿形齿距不对或间隙过大、磨损严重等,都会成为振动的诱因。在一些工业生产现场,由于设备长期运行,齿轮和联轴器的磨损未能及时发现和处理,最终引发电机振动故障。
4、电机自身结构问题:电机本身结构存在缺陷,像轴颈椭圆、转轴弯曲、轴与轴瓦间间隙过大或过小,以及轴承座、基础板、地基的某部分乃至整个电机安装基础的刚度不够,电机与基础板之间固定不牢,底脚螺栓松动,轴承座与基础板之间松动等,都可能导致电机振动。例如,部分电机在安装过程中,底脚螺栓未按规定扭矩紧固,运行一段时间后螺栓松动,引发电机振动。
电磁因素
1、电源问题:三相电压不平衡,会使电机三相电流不平衡,产生电磁振动;三相电动机缺相运行时,电机的电磁转矩会发生变化,引发剧烈振动。在一些电网不稳定的地区,三相电压不平衡的情况时有发生,容易导致电机出现电磁振动问题。
2、定子问题:定子铁心变椭圆、偏心、松动,定子绕组发生断线、接地击穿、匝间短路、接线错误等情况,都会破坏电机内部的电磁平衡,导致振动。曾有案例显示,某电机在运行过程中,因定子绕组匝间短路,引发电机强烈振动,最终导致电机烧毁。
3、转子问题:转子铁心变椭圆、偏心、松动,转子笼条与端环开焊,转子笼条断裂,绕线错误,电刷接触不良等,会使转子在旋转过程中受到的电磁力不均匀,从而产生振动。例如,某工厂的电机在运行中出现振动,经检查发现是转子笼条与端环开焊,导致转子受力不均,引发振动。
机电混合因素
1、气隙不均与单边电磁拉力:电机振动往往是气隙不匀,引起单边电磁拉力,而单边电磁拉力又使气隙进一步增大,这种机电混合作用表现为电机振动。在一些电机设计和制造过程中,如果气隙控制不当,就容易在运行时出现这种情况。
2、电机轴向串动:由于转子本身重力或安装水平以及磁力中心不对,引起的电磁拉力,造成电机轴向串动,引起电机振动加大,严重情况下发生轴磨瓦根,使轴瓦温度迅速升高。例如,某些电机在安装时,未调整好磁力中心,运行时就会出现轴向串动和振动问题。
3、电机拖动负载传导振动:当电机拖动的风机、水泵等负载发生振动时,振动会通过联轴器等传动部件传导至电机,引起电机振动。在工业生产中,许多电机与风机、水泵等设备相连,一旦负载设备出现振动故障,很容易。
三、振动原因典型案例
电磁方面案例
锅炉房密封风机电机在检修前,定子铁心出现红色粉末,怀疑铁心有松动现象,但因不在标准大修项目内未作处理。大修后试转,电机发出刺耳尖叫声,更换定子后故障排除。这一事件在实际电机维修案例中具有一定代表性,表明定子铁心松动等电磁方面的问题会严重影响电机运行。该案例来源于某工厂的实际维修记录,具有真实性。
某电机运行中,定子电流来回摆动,振动逐渐增大。经判断怀疑转子笼条有问题,解体后发现转子笼条有 7 处断裂,严重的 2 根两侧与端环已全部断裂。若未及时发现,极有可能造成定子烧损的严重事故。此案例也是基于实际电机故障处理情况,反映了转子故障引发电机振动的危害。
机械方面案例
凝结水泵电机更换上轴承后,电机晃动增大,且转、定子有轻微扫膛迹象。经检查,是电机转子提起高度不对,转、定子磁力中心未对上,重新调整推力头螺丝备帽后,振动故障消除。这一案例来自某电厂的设备维修实践,展示了因安装调整不当导致电机振动的问题及解决过程。
跨线吊圈扬电机检修后振动一直偏大且逐渐加重,落勾时振动及轴向串动明显。解体发现转子铁心松动,转子平衡也有问题,更换备用转子后故障解决,原有转子返厂修理。该案例同样基于实际的电机维修工作,体现了转子相关问题对电机振动的影响。
循环水泵电机运行中振动偏大,电机本身检查无问题,空载正常。最终查明是电机找正中心偏差太大,水泵班重新找正后,振动消除。这是实际工作中因安装找正问题导致电机振动的常见案例。
锅炉房引风机更换皮带轮后,电机试运行产生振动且三相电流增大。经检查电路和电器元件无问题,最后发现是皮带轮不合格,更换后电机振动消除,三相电流恢复正常。此案例源于某锅炉房的设备调试过程,反映了与电机相连部件故障引发电机振动的情况。
四、精准查找振动原因
在电机未停机时,可用测振表对各部振动情况进行检查。对于振动较大部位,按垂直、水平、轴向三个方向详细测试振动数值。若地脚螺丝或轴承端盖螺丝松动,可直接紧固,紧固后再次测量振动大小,观察是否消除或减轻。同时,要检查电源三相电压是否平衡,三相熔丝有无烧断现象。电机单相运行不仅会引发振动,还会使电机温度迅速上升。此外,观察电流表指针是否来回摆动,若转子断条,会出现电流摆动现象。最后检查电机三相电流是否平衡,发现问题及时与运行人员联系,停止电机运行,防止电机烧损。这些检测方法和步骤是基于电机故障诊断的实际经验总结而来,在实际操作中具有很强的实用性。
若对表面现象处理后,电机振动仍未解决,可断开电源,解开联轴器,使电机与负载机械分离,单独转动电机。若电机本身不振动,说明振源是联轴器未找正或负载机械问题;若电机振动,则表明电机本身存在问题。另外,还可采用断电法区分电气和机械原因,停电瞬间,若电机马上不振动或振动减轻,说明是电气原因,否则为机械故障。这种判断方法在众多电机故障排查中得到了广泛应用,有效帮助维修人员确定故障方向。
五、针对故障精准检修
电气故障检修
首先测定定子三相直流电阻是否平衡,若不平衡,说明定子连线焊接部位可能有开焊现象,可断开绕组分相查找。同时,检查绕组是否存在匝间短路,若故障明显,可从绝缘表面看到烧焦痕迹,也可用仪器测量定子绕组。确认匝间短路后,需将电机绕组重新下线。例如,水泵电机运行中振动大且轴承温度偏高,小修试验发现电机直流电阻不合格,定子绕组有开焊现象,排除故障后,电机运行恢复正常。此检修流程和案例均是实际电机维修工作的真实写照。
机械故障检修
检查气隙是否均匀,若测量值超标,需重新调整气隙。检查轴承,测量轴承间隙,不合格则更换新轴承。查看铁心变形和松动情况,松动的铁心可用环氧树脂胶粘接灌实。检查转轴,弯曲的转轴可进行补焊重新加工或直接直轴,然后对转子做平衡试验。如风机电机大修后试运行,振动大且轴瓦温度超标,经检查发现电机气隙大,瓦座水平不合格,重新调整各部间隙后,电机试转成功。这些机械故障检修方法和案例均来源于实际的电机维修经验。
连接部分故障检修
若负载机械部分检查正常,电机本身也无问题,那么故障可能出在连接部分。此时要检查电机的基础水平面、倾斜度、强度,中心找正是否正确,联轴器是否损坏,电机轴伸绕度是否符合要求等。在实际工作中,连接部分的问题常常容易被忽视,但却可能是导致电机振动的重要原因。
六、处理电机振动步骤明晰
1、把电机和负载脱开,空载测试电机,检测振动值。这是判断电机振动是由自身还是负载引起的第一步,在实际电机故障排查中是常用的操作方法。
2、检查电机底脚振动值,依据国标GB10068-2006,底脚板处的振动值不得大于轴承相应位置的25%,如超过此数值说明电机基础不是刚性基础。该标准是电机振动检测和判断的重要依据,在实际应用中被广泛遵循。
3、如四个底脚只有一个或对角两个振动超标,松开地脚螺栓,振动就会合格,说明该底脚下垫得不实,地脚螺栓紧固后引起机座变形产生振动,把底脚垫实,重新找正对中,拧紧地脚螺栓。这种情况在电机安装和运行过程中时有发生,按照此步骤可有效解决因底脚问题导致的振动。
4、把基础上四个地脚螺栓全紧固,电机的振动值仍然超标,这时检查轴伸上装的联轴器是否和轴肩靠平了,如不平,轴伸上多余的键产生的激振力会引起电机水平振动超标。这种情况振动值超得不会太多,往往和主机对接后振动值能下降,应说服用户使用,二极电机在出厂试验时根据GB10068-2006在轴伸键槽内装在半键。多余的键就不会额外增加激振力。如需处理,只需把多余的键截去多出长度即可。这是针对因联轴器安装问题导致电机振动的解决方法,具有很强的实际操作性。
5、如电机空试振动不超标,带上负载振动超标,有两种原因:一种是找正偏差较大;另一种是主机的旋转部件(转子)的残余不平衡量和电机转子的残余不平衡量所处相位重叠,对接后整个轴系在同一位置的残余不平衡量大,所产生的激振动力大引起振动。这时,可以把联轴器脱开,把两个联轴器中的任一个旋转 180℃,再对接试机,振动会下降。在实际电机与负载连接运行中,这种因找正和残余不平衡量问题导致的振动较为常见,通过此方法可有效判断和解决。
6、振动振速(烈度)不超标,振动加速度超标,只能更换轴承。这是根据电机振动参数判断故障并采取相应措施的方法,在实际电机维修中经常运用。
7、二极大功率电机的转子由于刚性差,长时间不用转子会变形,再转时可能会振动,这是电机保管不善的原因,正常情况下,二极电机储存期间。每隔 15 天要对电机盘车,每次盘车至少转动 8 圈以上。此建议是基于二极电机的特性,为防止电机因保管不当导致转子变形引发振动而提出的有效措施。
8、滑动轴承的电机振动和轴瓦的装配质量有关,应检查轴瓦是否有高点,轴瓦的进油是否够、轴瓦紧力、轴瓦间隙、磁力中心线是否合适。在涉及滑动轴承电机的振动问题时,轴瓦的相关因素是重点检查对象,这些检查内容是实际维修经验的总结。
9、一般情况下,电机振动的原因,可以从三个方向的振动值大小做简单的判断,水平振动大,转子不平衡;垂直振动大,安装基础不平不好;轴向振动大,轴承装配质量差。这只是简单判断,要根据现场情况,结合以上所述的因素综合考虑,查找振动的真实原因。这种通过振动方向初步判断故障原因的方法,为电机故障排查提供了快速有效的思路,但实际情况需综合多方面因素进行判断。
10、Y系列箱式电机的振动应特别注意轴向振动,如轴向振动大于径向振动,对电机轴承的危害极大,会引起抱轴事故。要注意观察轴承温度,如定位轴承比非定位轴承升温速度快,应立即停机。这是因为机座的轴向刚度不够引起的轴向振动,应加固机座。对于 Y 系列箱式电机的振动特点和危害,在实际电机运行维护中需要特别关注,此内容是针对该系列电机的专业维护建议。
11、转子经动平衡后,转子的残余不平衡量已经固化在转子上,不会改变,电机本身的振动也不会随着地点、工况的变化而变化,在用户现场是能处理好振动问题的。一般情况下,检修电机不需要对电机再做动平衡校验,除了极特别的情况,如柔性基础、转子变形等,须做现场动平衡或返厂处理。这是关于电机转子动平衡及后续振动处理的专业说明,对实际电机维修和运行维护具有指导意义。
电机振动问题的解决需要对其原因进行全面、深入的分析,通过科学的检测方法和针对性的检修措施,才能确保电机恢复正常运行,延长其使用寿命,保障生产的顺利进行。