电机轴承振动特性试验研究

电机轴承振动特性试验研究摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，轴承是电机中重要的支承和旋转元件，直接影响着电机转子系统的旋转性能，进一步影响着电机工作时的稳定性及静音性。

本文首先对电机转子的临界转速进行分析，继而在搭建的电机振动测试系统上开展了轴承振动特性试验研究。

结果表明：当电机在小于临界转速的工况下运行时，电机轴承的振动频率以转频为主；随着电机转速的升高，轴承3个方向的振动加速度有效值均增加，且对x向振动影响最大，z向振动影响最小；电机启动过程中对轴承振动产生明显影响，为避免电机产生过大的振动，应尽量减小达到工作转速所需的时间；电机轴承游隙组变化对振动也会产生一定影响，为了减小电机的振动，非传动端端轴承宜采用CN游隙组；电机轴承采用尼龙保持架相对于冲压钢保持架更有利于运转稳定性；预紧力对振动的影响只能有限的提高，过大或过小的预紧都不利于轴承的稳定性。

关键词：电机轴承;振动特性;试验引言在电机的运转过程中，主要存在其轴承温度与振动幅度异常等现象，使电机的正常工作和生产系统正常运转产生阻碍。

引起此类负面现象产生的因素颇多，为保证电机在生产中中具备更好的运行能力，需要专业人员依据其对应的故障情况来进行调节和修护，最终保证电机的正常运转。

1电机振动及模态分析原理电机振动按照产生机理主要分为三类：一是电磁振动，由气隙磁场产生的单边磁拉力作用于定子铁芯的径向和切向使定子铁芯产生变形振动。

电磁振动产生的原因有三相电压不平衡、电机定转子偏心、定子绕组断路、转子笼条与端环开焊、转子断条等。

二是机械振动，由转子旋转过程中的机械力周期性地作用在电机本体上产生的振动。

机械振动产生的原因有结构整体刚度不足、转子动平衡不良、轴承及基础安装不当、内部风扇损坏以及联轴器对中精度不足等。

三是机电耦合振动，由电机气隙不匀引起单边电磁拉力，其周期性作用又使气隙不均衡进一步加剧，最终作用到电机引起振动。

机电耦合振动产生的原因有定子内径和转子外径圆度不足、转子安装不良引起的轴向窜动等。

研究电机的振动离不开模态分析，结构模态分析是研究结构动力特性的一种方法，是经典线性动力学理论及系统辨识方法在工程振动领域中的应用。

电机的机械结构可以看成多自由度的振动系统，具有多个固有频率，在阻抗实验中表现为有多个共振区，在幅频特性曲线中表现为有多个峰值。

结构模态是由结构本身的特性与材料特性决定的，与外载条件等无关，多自由度系统有多个模态存在，每阶振动模态可用一组模态参数来确定。

电机的模态分析主要分为计算模态分析和试验模态分析。

计算模态分析是利用有限元方法通过对结构进行建模，仿真计算出结构的每一阶模态；试验模态分析是使用敲击法通过将测量设备采集的系统输入与输出信号进行参数识别后获得结构的每一阶模态。

由于计算模态分析的结果精度很难保证，本文采用试验模态分析方法。

2电机轴承温度过高和振动异常带来的影响电机的常用额定电压主要在６～１０ｋＶ之间，且可以充分满足各个行业的大型生产企业需求，但由于电机在运行时的功率较高，导致其内部轴承产生较大热量，因此难以保持较好的稳定性。

电机由于其所处的工作环境限制，极易受到外部因素的干扰，导致轴承出现异常振动现象产生，从而造成无法正常运行的情况。

与此同时，电机通常在运行中会承受较大冲击，致使其很难保持良好的稳定性，从而对后续工作带来难以预估的负面现象。

即使当前信息化手段在发电厂中广泛应用，且逐步向工业智能化、高效化和便捷化发展，但电机的实际运行中依然容易产生轴承温度过高和异常振动等情况，导致电机难以正常运行，从而阻碍工程项目的顺利开展。

除此以外，电机的实际运行过程中经常出现轴承温度过高或者异常振动等现象，这将对生产企业周围的自然环境和员工人身安全产生难以预估的负面影响，一旦轴承在运转时的温度超过极限值，其电机的内部零件环境和设备负荷将过于敏感，从而对其他正常运行的零件或者设备产生直接影响。

同时为电机的后续运行造成各类障碍，如果其长期处于振动异常或高温状态时，会对机体的内部环境以及外部自然环境造成噪声污染以及化学污染，不仅对周边的生态圈产生难以预估的影响，还会导致机体的整体状态造成损伤。

与此同时，当电机的轴承温度较高或异常幅度过大时，还会给周边员工的人身安全带来潜在威胁，影响员工的身心健康，最终导致电机的实际运转效率难以达到预期效果。

3电机振动故障类型分析电动机振动故障主要由于机轴承振动超标、电机轴承温度过高、叶片磨损、动叶卡涩、漏油、旋转失速与喘振、电磁振动和转子产生的机械振动等原因造成。

电机轴承振动超标主要原因在于叶片非工作面积灰、叶片磨损、叶片腐蚀等。

电机轴承振动超标极容易造成电动机螺栓松动、轴承和叶片的损坏、机壳等部位的损坏故障。

电机叶轮气流由在叶片非工作面产生旋涡，气流中积灰累积达到一定阀值时，将在各叶片上积灰不均匀，容易造成叶轮质量的动态不平衡分布，造成电机振动增大。

电机叶片发生磨损时，叶轮动平衡状态发生变化，导致导致电机振动缓慢上升；另外电动机处于低温腐蚀状态下，容易造成腐蚀小薄钢片脱落直接打在叶片上，造成叶片的动不平衡鞥形成振动；再有，风道系统振动导致电机负荷增大，电机轴承的振动会逐渐加大，再有电机内风叶与静止结构发生碰摩、叶片松动使其晃度变大、轴与轴承松动、轴承损坏、主轴弯曲等也容易引起电动机振动加剧。

另外，转子过临界转速引起共振、联轴器中心偏差大、基础或机座刚性不够、原动机振动等原因，产生电动机振动超标现象。

电动机轴承温度异常升高原因主要在于轴承冷却不足、润滑效果不良、轴承发生异常；电动机漏油主要是因为轴承骨架油封密封老化、变形、润滑油质不合格、轴承杂质进入润滑系统损伤磨坏密封件，轴承箱骨架油封压环外锁紧螺母松动造成润滑油系统漏油等原因引起；动叶卡涩主要在于电动机动叶片与轮毅间存在空隙，不完全燃烧碳垢、灰尘落入空隙，引起动叶调节困难；旋转失速和喘振是电动机的两种基本异常工况，由于气流发生离心造成大量区域涡流容易引起电机旋转失速。

喘振是因为电机处在不稳定的工作区运行出现流量、风压大幅度波动的现象，产生旋转气流。

电机内电气回路产生电磁振动和转子产生机械振动，导致三相电压、电流不平衡、转子笼条断裂、各相电阻电抗不平衡、电机设计缺陷、定转子气隙不均匀、线圈松动等引起电磁振动增大；再有轴颈椭圆、电机转子动平衡不良、轴承座固定螺丝松动、轴承跑内圈、轴承跑外圈、轴承中心不正、轴颈轴套配合紧力不够，轴承间隙过大等容易引起电机转子机械振动增大。

4电机轴承温度过高及振动异常的处理措施4.1轴承维修或替换电机轴承的故障问题，首先需要对整个系统进行全面检查，并根据发电机的实际运行状况来分析，在这个基础上工作人员需要对电动机的定子运行状况进行进一步检查，观察是否有扫膛现象出现。

另外，在检查过程中工作人员需要对转子前侧的轴承和各个部件之间的配合紧力实施检测，对发动机的前后轴承进行更换，如果需要的话，还要重新对发电机后轴承内以及外挡油盖进实施相应的加工和安装，安装完毕之后还要实施电气试验，在实验满足相应标准规范下，再进行空载试转。

4.2润滑油添加或更换对于电机轴承来说，润滑油是非常基础的降温材料，它能够避免高压电器内部温度过高而对其他元件造成严重损伤。

如果火电厂高压电机内的润滑油质量较差，就会导致高压电机过度磨损，从而温度不断增加，甚至会出现异常振动的现象。

如果在运行的过程中管理人员发现了这种状况，就需要立马对润滑油进行检查，如果润滑油质量不合格就要及时更换或者是添加，保证电机能够正常运行。

工作人员在对轴承磨损状况进行分析的时候，需要注意如果轴承的磨损较大，那么就需要及时更换新的轴承。

另外，工作人员在检查电机异常振动和轴承温度过高的过程中，需要按照已经提出的润滑油质量标准进行判断，润滑油量过多或过少都会影响到电机的正常运行。

就润滑油对于电机运行状态的维护工作来说，相应的设备管理人员需要形成科学化的维修管理意识，加强对润滑油的日常检查，对于润滑油的质量进行全面的管理，避免润滑油变质而影响电机的正常运行。

在实际的维修管理过程中，如果润滑油的加油量不合理，那么工作人员必须严格按照具体要求的标准对轴承箱进行调整。

如果高压电机内的润滑油脂过少的话，工作人员需要立马对轴承箱进行加油处理，在加油过后，如果依旧出现温度升高的现象，那么可能就是由于加油量过大而导致的，这种状况下温度会持续提升，在到达一定范围内保持不变，然后开始逐步降低温度。

另一方面，如果高压电机组润滑油脂没有选择合理的类型，也会导致轴承出现故障，如果油脂被污染会影响到轴承整体的润滑状况，温度会逐步升高，因此选择科学合理的润滑油脂是非常重要的。

在实际的检修工作中，工作人员需要根据轴承以及轴承箱的状况来进行分析，先对其进行全面清理，然后检查是否存在堵塞或者是其他故障问题，在将加油管道疏通后，工作人员如果需要将油纸加入其中就不能够混合不同类型的油脂进行加入，如果想要替换不同类型的油脂，那么必须先将原来的油脂清理干净才能够进行替换工作。

4.3电机轴承检查的保养与修护工作在面对未来电机的保养与修护工作时，要对发电机的轴承进行充分检查在电机轴承在尚未出现温度或振动问题时进行定期保养，以保证其得以长期和稳定运行，防止由于长时间的轴承工作而对其他设备造成损伤，减少重大安全事故的发生。

首先，保养人员可先对轴承进行听声处理，判断其电机轴承的实际运转情况，从而进行状态识别，如果电机轴承属于正常运行状态，那么其发出的声响将相对平稳和柔和，而如果电机轴承存在异常状态，那么工作人员将会听到较为刺耳或起伏较大的声音。

其次工作人员也可通过对电机轴承进行触摸而充分判断其故障，通过感受电机轴承的运行温度，来发现电机是否处于温度过高或振动异常的情况。

最后，可通过观察的方式来确定电机轴承是否存在异常现象，主要观察轴承的挡油盖和油封是否正常放置或产生较多油渍，还可以观察轴承油的位置是否处于正常状态，从而完成对电机的检查和定期维护工作。

结语综上所述，对电机的日常使用工作来说，轴承温度过高以及振动异常的情况是非常普遍的，而且造成该种现象的原因是非常多的，如果在日常的运行过程中轴承温度过高或者是异常振动都会增加电机的故障维修难度，影响其运行效率。

因此在实际的工作过程中，工作人员需要根据实际的故障状况来分析处理，对电机的轴承进行全面的维修保养。

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