多技術(shù)融合的電機(jī)軸承故障診斷方法

馮宇星

（慶陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 慶陽745000）

在現(xiàn)代化的設(shè)備的管理與維護(hù)之中，有關(guān)這邊狀態(tài)的檢測和故障的診斷有著非常重要的作用。作為防護(hù)性維護(hù)的一個必要條件，設(shè)備狀態(tài)與故障檢測的技術(shù)手段主要包括聲發(fā)射頻譜分析、熱成像、振動頻譜分析、電信號分析等；它們可以調(diào)節(jié)設(shè)備的管理需求，讓其更加的趨于精細(xì)化，也能有效的阻止設(shè)備發(fā)生故障，極大的提升了設(shè)備運(yùn)行時的可靠度，在實現(xiàn)預(yù)防性維修到預(yù)測性維修方面有著顯著的作用，最后可以完全達(dá)到給予設(shè)備故障的根本原因來進(jìn)行分析和研究的管理方式。設(shè)備狀態(tài)的檢測和相關(guān)故障的檢測有關(guān)技術(shù)正在從單一的技術(shù)轉(zhuǎn)化為集合多種技術(shù)的方面發(fā)展。要想從多角度來進(jìn)行診斷分析多技術(shù)集成的診斷的集成方法顯得尤為重要，各種不同的診斷技術(shù)相互補(bǔ)充，可以有效地降低設(shè)備的故障率，提供相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 振動頻譜分析及電信號分析技術(shù)

1.1 振動頻譜分析技術(shù)

在現(xiàn)場來進(jìn)行采集設(shè)備的一些振動信息主要是為了實現(xiàn)振動頻譜分析技術(shù)，通過分析借助于專業(yè)軟件來進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換輔助振動信息的處理，提取出一些設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的特征參數(shù)之后就可以對設(shè)備的基本狀態(tài)做出判斷。包絡(luò)解調(diào)技術(shù)和頻域分析技術(shù)的被錄用就可以圓滿完成設(shè)備的相關(guān)故障診斷。

1.1.1 頻域分析技術(shù)

快速傅立葉變換的相關(guān)理論基礎(chǔ)，是將原始的N 點離散序列，通過技術(shù)研發(fā)人員的相關(guān)技術(shù)分解來形成了若干個一系列的短序列，再利用一個的計算公式來進(jìn)行實際操作，此公式為離散型傅里葉變換計算式，技術(shù)人員通過利用其中的指數(shù)因子對稱性以及周期性的特點，進(jìn)行實際運(yùn)算，從而求出相應(yīng)的短序列。同時，離散型傅里葉變換計算式通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變，來達(dá)到簡化計算結(jié)構(gòu)、降低計算難度、縮短計算時間的效果。

相關(guān)技術(shù)人員在收集振動時間段的信號過程中，應(yīng)對信號積極運(yùn)用快速傅里葉變換，并將最終的信號時間段轉(zhuǎn)換成頻域，并從中得出相應(yīng)的信號頻率的成分，這就是所謂的頻域分析定理。此種頻域分析方式一方面可以準(zhǔn)確判定頻率的變化具體范疇，并經(jīng)過實際的測量得出相應(yīng)的頻率能量，另一方面，技術(shù)人員可以根據(jù)具體的設(shè)備工頻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行故障檢測，從而可以準(zhǔn)確檢測設(shè)備。就當(dāng)前我國技術(shù)人員的應(yīng)用情況而言，頻域分析方法受到技術(shù)人員的廣泛歡迎，此種技術(shù)相對純熟，是行之有效的故障診斷方法。

1.1.2 包絡(luò)解調(diào)技術(shù)

技術(shù)人員利用包絡(luò)解調(diào)技術(shù)來完成日常的故障檢測任務(wù)，此種技術(shù)主要是通過技術(shù)人員對軸承的局部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確分析，通過測量問題軸承的周期性振動，來進(jìn)行計算以及判斷。此種技術(shù)將軸承的工作頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌j(luò)解調(diào)，從而使問題軸承的工作頻率更加明顯，即利用加速度傳感器所實時采集的正度頻率信號進(jìn)行共振解調(diào)，技術(shù)人員通過實時檢測可以及時準(zhǔn)確的找出軸承的問題所在，進(jìn)而可以及時解決相應(yīng)的軸承問題。在我國，技術(shù)人員的實際操作過程中，主要是運(yùn)用兩種方式進(jìn)行測量，其中一個為檢波濾波法，另一個為Hilbert 變換。

1.2 電機(jī)電信號分析技術(shù)（ESA）

就我國的實際運(yùn)用狀況而言，技術(shù)人員將基于時域分析的技術(shù)大部分應(yīng)用于對電力系統(tǒng)的故障檢測。在技術(shù)人員的實際工作中，主要是應(yīng)用于對阻抗繼電器、接地故障、過電壓、過電流等實際操作故障，技術(shù)人員往往是應(yīng)用此種檢測方式來進(jìn)行輸電線路的實施檢測。隨著近幾年來，技術(shù)人員不斷進(jìn)行技術(shù)探索以及技術(shù)升級，當(dāng)供電線路出現(xiàn)故障時，技術(shù)人員往往采用定子線電流來進(jìn)行實施檢測。技術(shù)人員應(yīng)用電機(jī)檢測時，部分應(yīng)用了基于頻域的相關(guān)理論技術(shù)，尤其是將快速傅里葉變換技術(shù)巧妙應(yīng)用到實際檢測中。隨著技術(shù)水平的不斷升級，技術(shù)人員在設(shè)計的應(yīng)用過程中，也有了更多的選擇余地，通過多種方式進(jìn)行故障檢測。在實際的輸電線路運(yùn)行過程中，除了定子可能會來進(jìn)行故障分析之外，相關(guān)的技術(shù)人員在進(jìn)行相關(guān)的線路的故障分析時也可以采用頻譜分析的技術(shù)來進(jìn)行相關(guān)的分析。但是，當(dāng)電機(jī)的工作速度以及工作狀態(tài)發(fā)生變化時，傳統(tǒng)的快速傅里葉變換算法已經(jīng)無法準(zhǔn)確檢測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，此時，技術(shù)人員利用時域分析法來進(jìn)行實際檢測。

就一般情況分析，電機(jī)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的信號，技術(shù)人員在進(jìn)行信號分析時，主要是分析在一定的頻域范圍內(nèi)所得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)。但是，根據(jù)實際情況我們可以知道造成電機(jī)故障的原因會有很多種，不光是電機(jī)自身的問題，一些電機(jī)外部的因素也會導(dǎo)致供電系統(tǒng)發(fā)生故障。因此，技術(shù)人員在進(jìn)行分析時應(yīng)結(jié)合多種因素進(jìn)行綜合分析。在較為理想的狀態(tài)下，外部供電電源的電壓以及電流是完全平衡的，但是在實際的運(yùn)行過程中，此種平衡的狀態(tài)時很難實現(xiàn)的，因此電機(jī)在實際運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)多種狀況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的分析方法已經(jīng)無法再滿足技術(shù)人員的實際工作需求。為此，技術(shù)人員綜合運(yùn)用多種技術(shù)，積極引進(jìn)先進(jìn)的電信號分析技術(shù)，利用電壓信號以及電流信號對電機(jī)的實際運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行綜合分析。

2 現(xiàn)場案例

本文就以一家公司具體的變頻電機(jī)作為研究對象來進(jìn)行檢測。在實際的檢測過程中，技術(shù)人員選定采集點來進(jìn)行振動信號的收集，尤其重點檢測電機(jī)兩端的軸承位置，測量的主要內(nèi)容包括了振動的速度以及加速度信號。同時技術(shù)人員在電機(jī)的進(jìn)線端進(jìn)行電流、電壓的集中測量，主要是采集單位時間點內(nèi)的電流以及電壓信號。

在相應(yīng)的技術(shù)分析以及檢測的過程中，技術(shù)人員測量了電機(jī)軸延伸端垂直方向的加速度，通過實際測量可知，相應(yīng)的圖譜相對混輪，但是沒有明顯沖突發(fā)生。技術(shù)人員將測得的減速度信號運(yùn)用快速傅里葉變換進(jìn)行實際測量，并計算相應(yīng)的周期頻率以及相應(yīng)的震動幅值，技術(shù)人員通過相應(yīng)的計算，可以大致得出電機(jī)軸承外圈故障頻率。在實際的測量過程中技術(shù)人員進(jìn)行實際測量以及多重分析，最終分析出公司運(yùn)行的軸承的表面存在缺陷。

在電機(jī)的理想運(yùn)行狀態(tài)下，所形成的電壓波為標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)律的周期性正弦波。但是在實際的運(yùn)行過程中，一些具有阻抗特性的用電設(shè)施會存在于電力系統(tǒng)之中，類似于這樣的設(shè)備在進(jìn)入到公用網(wǎng)絡(luò)后，會對實際的電壓造成影響，主要表現(xiàn)為電壓正弦波的波形發(fā)生變化，從而影響線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。根據(jù)本公司的實際運(yùn)行狀況分析，該電機(jī)屬于大功率變頻電，主要是采用變頻電源進(jìn)行供電，在實際的運(yùn)行過程中，變頻器的開關(guān)的高速變動會導(dǎo)致電機(jī)在短時間內(nèi)的電壓、電流發(fā)生巨大的變化，從而導(dǎo)致電流、電壓的波形中存在大量的諧波，會對輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定性造成極大的影響。

3 處理方案及結(jié)果驗證

3.1 技術(shù)人員根據(jù)電機(jī)運(yùn)行的實際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ふ{(diào)整，在電機(jī)變頻器的輸出端加入相應(yīng)的輸出電抗器，可以極大降低電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波的可能性。

3.2 技術(shù)人員根據(jù)公司電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)的具體問題，將軸承的電流從內(nèi)部引出，這樣就能夠幫助軸承避免相關(guān)的電流在運(yùn)行的過程中持續(xù)放電，讓軸承運(yùn)行的更加穩(wěn)定。

3.3 將絕緣的軸承運(yùn)用到電動機(jī)兩端的軸承上面，就能夠使電源諧波不再經(jīng)過軸承的內(nèi)部，從而可以使得軸承的內(nèi)部不被點蝕。技術(shù)人員應(yīng)不斷進(jìn)行技術(shù)的探索與革新，將電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改造，將電機(jī)兩端的軸承更換為具有絕緣性能的軸承，盡量避免電源諧波對軸承運(yùn)行造成的影響，盡可能延長軸承的使用年限。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷優(yōu)化升級，廣大技術(shù)人員應(yīng)不斷進(jìn)行技術(shù)的探索與革新，充分結(jié)合先進(jìn)的檢測技術(shù)，準(zhǔn)確判斷電機(jī)軸承的故障所在以及故障原因。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)電機(jī)軸承的實際運(yùn)行效果，從根源解決電機(jī)的實際運(yùn)行問題，進(jìn)而延長電機(jī)的使用年限。技術(shù)人員應(yīng)巧妙利用振動頻譜分析與電氣信號分析技術(shù)相結(jié)合的故障診斷方法，提高檢測的準(zhǔn)確性，提升工作效率以及工作質(zhì)量，進(jìn)而降低修理成本，提高公司的綜合效益。