高压异步电机共振故障分析及处理

蔡燕荣 周 宣

（山西晋煤天源化工有限公司机动部 山西高平）

1.故障现象

12台10 kV空气鼓风机电机（额定功率355 kW、额定电流24.9 A、转速2987 r/min，功率因数0.86、防护等级IP54、启动方式Y、SKF6220C3轴承，重5200 kg）投入使用两年后，相继出现不同程度的振值偏大。故障情况相似，轴向振动偏小、径向振动偏大，振幅达到100～110 μm左右，远大于峰峰位移幅值50.8 μm的标准值（1500～2999 r/min电机）；尤其非负荷侧振动更大，轴承运行温度偏高且声音异常，解体后发现电机两侧轴承不同程度的跑外圆、轴承位磨损、转子鼠笼条开焊等现象。电机运行时声音时大时小，严重时每周都会有1台电机振动大以致需要修理。

2.故障处理

电机运行时径向振动偏大、轴向振动偏小，电流没有增大，初步判断振动由转子不平衡引起，采取措施消除转子不平衡。①清理电机风罩灰尘积垢。②检查并紧固螺栓，增加紧固螺栓。③重新加注机座基础。④修补焊接转子笼条、修理转子轴承位。⑤分别为两侧镶轴承套并更换两侧轴承（SKF6220C3），添加适量2#锂基脂，清理装配。⑥增加风筒紧固螺栓，紧固电机风罩及风筒连接部位螺栓，进行防腐处理。这些措施实施后，转子动平衡试验合格，重新装配安装就位，空载试车120 min，运行正常。

电机带负荷运行数月后，类似故障重现。多次更换电机轴承，未解决问题。考虑到电机空载运行正常，带负荷运行后声音时大时小，振动逐渐增大，据此判断电机振动大可能由共振引起。

3.共振的产生和消除措施

电机运行时，当机械部分的固有谐振频率与电机的工作频率相等时，机械部分将会产生很大振动和噪声，振幅迅速增大，发生共振。通常电机厂家在生产设计时考虑了规避共振点，电机空载时不会产生共振。作为传动系统的一部分，电机轴接上负载后，整个传动链上的共振点就不再是原先电机声场设计时规避的共振点，共振点发生偏移。当电机负载运行在共振点时，电机声音异常、径向振值偏大，此时电机频率为某一频段，运行频率超出此频段，振值偏小。若电机长期反复运行在共振点，将严重影响其安全运行，共振消除措施如下。

（1）精确的动平衡。由于共振幅值等于强迫振动幅值×放大因子，可利用减小强迫振动源（如不平衡）减小共振幅值。在这种情况下，若通过动平衡处理，可明显减小动平衡强迫振动幅值，即使处于共振时，其共振振幅暂时可减小到可接受程度，但因未改变共振频率，共振没有消除，会再次发生同样共振现象。

（2）改变电机机械部分的刚性。采用夹紧地脚以消除加垫引起的变形，增强轴承座或框架的刚性，影响电机机械部分的固有谐振频率。但是对于大容量空气鼓风机电机，由于风机风量波动大使电机负荷波动大，电机正常运行时振动大，地脚螺栓容易发生松动，电机机械部分的刚性减弱，导致共振再次发生，因此夹紧地脚只能暂时消除大容量风机电机的共振。

（3）加防振橡胶或缓冲垫。发生共振会有明显的剧烈振动，以致传导于地面和机械上，为此可在安装部位装入防振橡胶或加缓冲垫。不过对于大容量风机电机，正常运行时振动大，防振橡胶或缓冲垫容易磨损，寿命很短，虽然改变了设备的固有振动频率，共振现象可以暂时改善，随着防振橡胶或缓冲垫的磨损，共振会再次发生。

（4）增、减重量。该方法可改变电机机械部分的谐振频率，如在电机风叶轴后端加惯性重锤，但只在电机局部共振（如本文电机非负荷侧振动很大）时才有效。

（5）采取隔振措施。由于邻近运行的外部设备振动频率与正常运行的电机自振频率相等时，电机在该外部设备振动频率的强迫下，产生共振时，可采取隔振措施。如设计的1780 r/min转速下运转的泵，有1个750 r/min的自振频率，若附近有1台以750 r/min转速运转的大风机不平衡，则该泵可能出现共振问题。此时隔离泵与风机，对风机做动平衡或将泵体与地板隔离，以消除共振。

（6）变频电机设置电机跳频。利用变频器的“频率跳变选用件”设置电机频率，当变频器运行到此频段时，跳过此段频率，不在共振频率上平滑运转，避免电机产生共振。

（7）安装调谐阻尼器。设置调谐阻尼器的自振频率等于故障频率，并且与共振的振动响应相位差180°，将有效抵消给电机带来故障的自振频率。

此例最初采取措施增强了机械部分刚性，暂时减小了振动，但该鼓风机电机为大容量电机，风机风量波动大使电机负荷波动大，电机正常运行时振动也大，地脚螺栓容易松动，电机机械部分的刚性减弱，造成共振再次发生。为此增加机械部分重量，改变电机机械部分的谐振频率，避免共振。由于电机径向振动偏大、轴向振动偏小，在电机风罩两侧加焊板筋，改变机械部分固有频率。所加板筋为厚10 mm的钢板加工而成的厚10 mm、宽 25 mm条状钢条，横向和竖向板筋经镶嵌后焊接在电机风罩上（图1）。

采取上述措施后，设备运行两年左右，基本正常，类似故障未再出现，电机共振消除。

图1 电机风罩两侧加焊板筋