異步電機振動噪音分析
2024-09-02
1 設備概況
6 kV交流異步電機，額定功率為725 kW、額定轉速1490 r/min，冷卻方式為IC411。
2 故障現象
該電機大修后，返廠后運行1個月左右，運維人員反映該電機在運行時發出異常噪聲，且呈逐漸增大趨勢，并伴隨著明顯的嘯叫聲。
經過初步檢查，電機各位置振動速度均不超過1.5 mm/s，電機軸承潤滑良好。用簡易測振儀器檢測電機振動速度時，發現最高振動值出現在500 Hz附近（下圖），且遠大于其它頻率。這個頻率遠大于電機轉速的1倍頻和2倍頻，而1倍頻和2倍頻的振動主要與電機軸承損壞、動不平衡、不對中、地腳缺陷相關。由此判斷，該噪聲應該與機械振動無關。
電機電磁噪聲大小隨磁場強弱、負載電流的大小而改變。做停電試驗，電機停運的瞬間，異常噪聲并未立即消失，而是伴隨電機轉速的下降而減弱，可以據此確定該異常噪聲不是電磁噪聲。
3 解體檢查
電機停運后，運維人員打開風扇罩，對風扇葉和風扇罩內部進行檢查，未發現風扇葉松動、開裂的現象，風扇罩內部無任何異物，可以判斷噪聲來源于電機內部。
拆開電機兩側端蓋，抽出電機轉子，電機內部軸承、繞組均未見異常，僅在非軸伸端轉子內風扇底部發現有絕緣漆滴落后開裂現象（下圖）。該絕緣漆是電機大修時真空浸漆后，絕緣漆由于重力作用滴落在定子殼體上，修理廠檢修人員未及時清理干凈所致。
4 故障原因分析
經過測量，電機各項電氣指標均正常。通過對電機轉子的結構進行了觀察與分析，發現在轉子上有一圈管道連接了轉子的兩端，轉子轉動時起通風散熱作用（下圖）。
每當轉子旋轉一周，會有18個小孔經過開裂的絕緣漆層位置，小孔內的氣流吹過形成了“口哨效應”。經過簡單計算:每秒電機轉動1490÷60=24.83圈；每秒會有18x24.83=447個小孔吹過絕緣漆層開裂位置，可以理解為氣流吹過該位置的頻率為447 Hz。
空氣動力噪聲分為渦流噪聲和笛鳴噪聲兩種。渦流噪聲主要是由轉子和風扇引起的冷卻空氣湍流，在旋轉表面交替出現渦流引起的；笛鳴噪聲是通過壓縮空氣或空氣在固定障礙物上擦過而產生的。
這個447 Hz頻率數字接近主振頻率（500 Hz），電機噪聲的來源基本確認可能與開裂的絕緣漆層有關。如果把開裂的絕緣漆層清理干凈，噪聲應會消失。
5 效果及改進措施
清除了滴落在定子殼體內部的絕緣漆層，將電機回裝后試車，發現異常噪聲消失，測量振動的頻譜，500 Hz處的沒有任何反應（圖5），可以確認該電機之前發出的噪聲確實為空氣動力性噪聲，即空氣在開裂的絕緣漆皮上擦過而產生的笛鳴噪聲。
個人對該文章的分析有一點看法：首先500HZ是由于流體通過開裂的絕緣漆造成的，也就是流體通過障礙物后產生的噪聲。根據散熱孔計算的447 Hz，反而說明散熱孔的設計與、運行是正常的。
文中所述的機械原因排除，理由并不充分，當某部件共振時，可能會產生高的振動頻率。
另外懷疑是否為空氣動力噪聲，最簡單的方法是在有條件的情況下停掉風扇觀察。
來源：振動診斷與轉子平衡
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