电厂送风机无刷电机故障案例解析

送风机为锅炉“三大风机”之一，通过空预器后向炉膛内输送燃烧时必要的热空气，其能否正常工作关系到锅炉甚至整台机组的安全运行，所以为了保证机组安全稳定运行，能否快速诊断出送风机异常振动的原因并给出相应的解决方案，对机组安全运行有着重要的意义。

1 机械方面主要故障形式

轴承故障形式。磨损和疲劳剥落是滚动轴承的故障形式。轴承滚动时，滚道和滚动体既相对滚动又承受载荷，，在负荷变化下，在最大剪应力处会形成裂纹，从而扩展表面发生剥落，当润滑油中含有微粒金属粉末时会加速表面磨损。在运转过程中轴和轴承、轴承座的振动系统产生激励，从而传递至电机本体表面。当轴承故障时会产生突变的冲击脉冲，从而激发轴承固有的振动频率（FT/BPO/BPI），这些振动频率是轴承诊断的重要信息。

轴心线不对中形式。转子不对中是指两转子的轴心线与轴承中心线的偏移或倾斜程度。转子也包含联轴器，联轴器的不对中分为平行不对中、角不对中、复合不对中三种情况。平行不对中振动频率为转子工频的两倍，角不对中使联轴器附加一个弯矩，轴每旋转一周，弯矩作用方向就交替变换一次，因而增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动，复合不对中为以上两种方式的综合，使转子发生径向和轴向振动。

机械松动。常见机械松动是指电机底座、台板和基础存在结构松动，一般表现振动频谱1X分量。还有一种松动是由于部件间不合适的配合引起，松动部件受非线性影响，产生很多振动谐波及分量，如1X,2X,3X...这种松动一般由轴承端盖里轴瓦、过大的轴承间隙引起，这种振动的相位不稳定，变化范围也很大，振动方向还具有方向性，在松动方向上，由于约束力的下降，将引起振动幅值的加大。

2 设备故障诊断

2019年2月1日，精密点检对锅炉设备进行设备测试，当测试至送风机发现异常情况：电机自由端通频值垂直向振幅达到8.35mm/s、水平达到4.25mm/s，严重超过危急值，且对比前几次测试幅值明显升高（图1）。站立风机基础平台，除现场环境背景噪音外还能感受到明显的“节拍振动”；其次，在振动图谱低频范围分析中发现电机自由端垂直方向存在1X分量外还存在2X，特别是3X分量达6.77mm/s及高频段丰富的谐波，在解调谱水平向也有底噪抬高的现象。在振动图谱和解调谱中并没有出轴承故障频率（FT.BPI.BPO）如图2。

使用超声波检测仪进行现场数据采集及分析：从波形图中可看出，电机自由端出现较多不规则冲击信号且幅值较高，最高达100dB，与现场环境及设备运行状态下的噪声信号相比较大（信噪比），现场声音有异常变化，存在问题。静态趋势图中RMS值为21.3，MaxRMS值为42.2，按照8dB、16dB、24dB3个标准规则判断其趋势变化（图3）。据此，初步判断对转子动态力的非线性影响，因而产生的许多振动谐波分量，图谱中并没有轴承故障频率，因此判断为轴承端盖之间松动或者轴承间隙过大，这种松动相位不稳定变化范围大并具有方向性，在松动垂直方向上，由于约束力下降，引起的振动幅值会进一步加大，所以在现场平台上能明显感受到节拍振动。

3 故障处理及效果检验

故障处理。2月1日检修人员对电机进行了解体检查，发现其自由端盖内径与轴承结合面严重磨损“跑圈”现象，FAG轴承外径有明显的高温电灼麻点。典型C类机械松动引起的振动。建议改善方案：电机端盖尺寸测量超标进行修理（喷涂或配内轴套），轴承外圆与轴承座孔的配合采用基轴制。FAG进口轴承座孔与轴承外座圈采用j6、j7配合。这样不旋转座圈就有可能产生微小的爬动，而使座圈与滚动体的接触面不断更换，座圈滚道磨损均匀。同时也可以消除轴因热伸长而使FAG进口轴承中滚动体发生轴向卡煞的现象。

效果检验。2月2日检修人员对电机完成故障处理后，精密点检人员采用CX10振动分析仪对该设备进行了振动、超声数据复测，在振动图谱中通频值明显下降至2.2mm/s，解调图谱分析中频率幅值已大大降低，出现1X及分量谐波也有一定幅值的降低，特别是相比故障前3倍频的幅值更是下降至1.0mm/s，水平向底噪也同步明显下降。蓝色曲线分别为检修后2月2日，红色的曲线则为检修前的2月1日（图5）。

4 结束语

研究对故障的诊断方法包括常见的故障以及振动机理是有必要的。本次送风机电机故障是精密点检实施以来比较典型的案例，而通过CX10和超声测试及分析已经明显看到了设备存在的严重故障，解体后也完全验证了精密点检的相关诊断和分析，可清楚看到精密点检在故障诊断方面较传统方法具有的突出优势。因此对其认真分析，很大程度上决定了对设备故障诊断的成败。