船用电机轴承震动标准探析

孟海辉，胡绪昌，王庆

船用电机轴承震动标准探析

孟海辉，胡绪昌，王庆

（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

本文从滚动轴承各部件故障频率、振动位移、轴承故障振幅三方面分析了船用电机的故障，介绍了振动诊断过程，探析了船用电机振动检测标准，并使用该标准对电机进行了诊断，证明该方法具有实用性。

轴承 震动信号 故障检测 标准

0 引言

随着质量体系建设完善推广，单凭眼看、手摸、耳听、鼻嗅等传统的感观经验来判断设备故障已经不能满足质量体系建设的要求。以往船用电机的轴承故障诊断主要是利用听棒、依靠人的听觉来判断,这种方法过多依赖监测人员的经验,没有统一的标准，无法以数据的形式表现。便携式手持式测振仪的出现，可以把各种参数以数据的形势表现出来，再结合自己的实际经验诊断故障,并制定自己的标准，综合评价轴承故障。

由于船舶动力系统中大部分电机都是靠轴承支撑的，轴承工作状态的好坏直接影响整台机械设备的工作状态。因此，对轴承进行故障诊断具有十分重要的现实意义。本文通过理音便携式手持式测振仪对轴承的位移、速度、加速度数值并结合传统经验诊断方法判断滚动轴承故障。使新上岗的同志也能准确迅速地判断出轴承的状态。

1 船用电机的故障分析

1）滚动轴承各部件故障频率分析

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体、保持架组成。各元件表面产生的缺陷，如剥落坑、裂纹或胶合斑痕等使轴承在运转中产生振动。

缺陷的尺寸愈大，振动信号愈强。在实际中轴承各部件会同时出现多个剥落坑，产生的频率是上述单个频率的数倍。

2）振动位移分析

由不平衡、不对中、转子弯曲等原因引起的振动，轴承点蚀、剥落产生的振动，当振动位移一定时，频率越高振动就越大；在高频振动时，虽然振动幅值可能很小，但由于振动加速度是振动位移的几倍，所以，高速电机的允许振动位移要比低速的要小。

3）轴承故障振幅分析

轴承振动的成分非常丰富，包括有制造误差引起的振动分量，有安装不当引起的振动分量。

轴承损伤也能引起较大振动。轴承在运转过程中可能由于某种原因而引起磨损、压痕、裂纹、表面剥落等缺陷，这种缺陷必然引起冲击振动，另外由于滚动轴承的匀速运转，使冲击具有周期性，对发生在不同部位的损伤，冲击具有不同的频率和振幅。

根据GBT6075.3-2001标准可知，电机振动位移的最大允许值如表1：

表1 电机振动位移的最大允许值

2 振动诊断过程

诊断过程主要有异常巡检，故障状态和部位诊断、故障类型和原因分析三个部分。

1）异常巡检

主要是对电机进行简易诊断，采用便携式测振仪对电机的状态迅速有效地作出概括性评价，以对电机进行早期故障诊断和趋势控制。若巡检后发现电机运行正常，则无需进一步诊断；反之，则应对电机进行进一步诊断。

2）故障状态和部位诊断

一般使用测振仪拾取电机运行状态的振动信息，对这些信息进行分析处理，以确定电机轴承故障的状态部位。

3 船用电机振动检测标准探析

由于GBT6075.3-2001标准是基于陆基稳态的条件标准。使用理音VM-63A便携式测振仪，它能够检测轴承的振动，船舶上的电机是工作在摇摆晃动的环境中的，所以，国标的部分标准并不适应船用轴承。但是我们可以其借鉴标准，然后根据船舶电机轴承振动幅度，利用便携式测振仪结合我们多年的经验制定自己的标准，给我们巡视检查的同志一个参考和依据，从而使他们能够更加快捷准确的检测轴承状态。由于船用大部分电机都是3000转和1500转的，下面我们通过对同步转速为3000 r/min海水冷却泵电机的振动曲线（如图1）和1500 r/min的主滑油泵电机的振动曲线（如图2）进行跟踪测量，以下就是轴承运行的位移曲线：

图1 3000 r/min电机轴承振动曲线

图2 1500 r/min电机轴承振动曲线

根据以上运行曲线可知，转速高的轴承损坏时的振幅要比转速低的轴承低一些。可以根据曲线分出轴承的几个工作阶段：

第一阶段：测量轴承温度正常、噪声正常、振动位移正常，轴承状态优。

第二阶段，测量轴承温度正常，噪声略增大，振动位移略增大，电机工作良好。

第三阶段，测量轴承温度略升高，用听棒可听到噪声，振动位移明显增加，电机工作在容许的合格状态。

第四阶段，温度明显升高，噪声强度明显改变，振动位移明显增大，此时可能出现一些不稳定的变化。因此，绝不能让轴承在第四阶段中运转，否则将可能发生灾难性破坏。表2列出了四种程度方便我们的检查人员迅速做出判断：

表2 轴承的几个工作阶段的振动位移

由上图可以看出，轴承的磨损越来越严重，特别是到后期，轴承的声音明显有“喀吧、喀吧”的异常声音，随时都可能损坏，所以，一旦轴承的振动位移达到或超过最大允许值后，应及时采取措施。更换轴承，防止故障扩大。

4 使用该标准的诊断实例

测试船的主海水泵，驱动电机为三相异步电动机，转速为2940 r/min，同步转速为3000 r/min，运行时发现电机出振动值偏大，现对其采用简易诊断和分析。

测点布置（如图3）所示:

图3 测点布置图

简易诊断检测的物理参量为振动位移，图中1、2为电机的前后轴承的测点，3、4为泵的前后轴承的测点。结果如表3所示。

表3 电动机测点的振动位移

根据制定的的标准，其测量点1和2的振动位移值可知,测量结果是不合格。根据故障现象发现，用手摸电机的前后轴承部位，感觉温度明显升高，站在电机的旁边，也能感觉到有一些轻微的震动，用听棒听电机的声音发现电机的轴承声音极不均匀，有明显的嘎啦嘎啦的声音，测量电流也发现，电机的三相电流虽未超过额定值，但是也接近了额定值，诊断结果分析可知，该泵的电机轴承可能有严重故障，需要立即更换。

故障诊断的拓展，为进一步查明该电机存在的故障原因和部位，结合测点1、测点2的数据进行分析，根据故障的特征可知，该电机为轴承间隙过大故障，主要原因为电机轴承严重磨损造成。

在找到了振动故障之后，我们对电机的滚动轴承进行了拆解，发现电机前后轴承保护架松动，内圈和外圈松动，外圈也有一定程度的磨损，由于此类故障较常见。所以，在确定了故障之后，我们对电机的轴承进行了换新。结果表明，电机的振动幅度明显减小。

在检查中，为正确识别、诊断轴承的故障,必须正确的判断轴承故障特征。轴承由于使用条件和环境的不同，会出现磨损、压痕、裂纹、表面剥落、烧损、锈蚀和缺油等各种异常现象，这些异常现象都将引起电机的振动。因此，采用振动诊断法,通过监测电机运行时轴承处的振动信号,然后进行数据比对、信号分析，就可判定轴承的工况是否正常,进而诊断其故障。为了能更好的分析和判断问题所在，可以根据每次修理的故障现象建立故障树，在以后的故障现象中，利用故障树分析轴承运行中出现异常现象而产生的振动状态，能够快速准确的判断电机轴承的故障所在，准确判定故障类型和部位。从而避免了因电机轴承故障引起的更大损害。

5 结论

目前由于船用电机工作时间长、工作环境恶劣，所以故障多种多样，但表现形式主要都是以振动为主。本方法操作简单，判断迅速，且不需要积累太多的经验就能胜任检查巡视工作。所以巡视人员均可参照上述的振动原因及处理方法，根据实际情况加以判断、分析和处理。在实际使用中要根据各个故障的参数，不断的完善故障树的内容，把设备管理工作提高到一个新的水平，为优化检修方式、降低维修费用提供准确可靠的数据。此项方法还可以用与其他机械的震动检测，因此，有较高的推广价值。

[1] 梅宏斌. 滚动轴承振动监测理论方法系统[M]. 北京: 机械工业出版社, 1995.

[2] 王江萍. 机械设备故障诊断技术及应用[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2001.

[3] 宋如英. 关于滚动轴承振动噪声测量值的商榷[J]. 轴承, 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

孟海辉（1977）男，工程师。研究方向：船电设备。