摘要：电动机轴承故障的分析和诊断技术与电动机的工作原理、运行方式、具体结构密切相关，通过对电动机风扇侧和联轴器侧轴承的运行状态进行监测，是一种有效的解决电动机轴承缺陷的途径，在日常的电动机维护中，注重电动机的状态监测和状态监测图谱的正确分析尤为必要，本文针对滚动轴承故障缺陷进行分析。
关键词：分析诊断；滚动轴承；缺陷
引言
某装置循环水及回流泵160kW电动机和TK-101水站水泵30kW电动机在运行中滚动轴承出现声音异常，结合润滑及状态监测情况进行针对性故障诊断，运用信号频谱分析诊断方法排除该电动机在运行中出现的滚动轴承初期缺陷，避免设备故障的产生。以此为基础总结经验，监测、分析、诊断该工厂数千台电动机的运行状态。
1、电动机轴承故障分析诊断基础
1.1电动机基础信息
电动机滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈、滚动体、内圈和保持架四大部件组成，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；内圈固定在转轴上与轴一起旋转；滚动体借助于保持架均匀的将其分布在内圈和外圈之间；保持架使滚动体均匀分布。滚动轴承借助润滑脂在轴承腔内形成的油膜保持高效运行。一般来说滚动轴承质量可靠，维修方便；但由于现场使用环境复杂，负荷变化，环境温度异常，装配质量问题等各种原因造成轴承可能达不到涉及寿命，在运行中出现不同的故障缺陷，为避免缺陷的发展造成设备停机，生产中断等异常的发生，就需要对轴承运行状态进行监测和诊断。分析和诊断滚动轴承的故障，需要掌握电动机以及滚动轴承的基础信息。
1.2分析诊断基础要求
电动机运行状态监测分析诊断要掌握分析方法和分析技巧，掌握典型图谱、特征信息是基础。
滚动轴承故障形式与原因主要有疲劳剥落、磨损、锈蚀、塑性变形、断裂、胶合、保持架损坏等，其中疲劳剥落是轴承失效的主要原因。
滚动轴承的故障诊断由简易诊断到精密诊断，简易诊断主要是对监测的数值进行比对分析，是否超出了正常运行时的满意值；精密诊断是对轴承故障类别和原因进行分析。掌握轴承各部件的特征频率和由此得到的经验公式是判断基础：
内圈旋转频率：fr=n/60
内圈故障频率：fi=0.6*z*fr
外圈故障频率：fo=0.4*z*fr
保持架故障频率：fc=（0.381-0.4）*fr
滚动体故障频率：fb=0.23*z*fr，(z<10)；fb=0.18*z*fr，(z>10)
n:转速 z：滚动体个数
以上是经验公式，在实际应用中会有偏差，一般在频谱图上找相近的特征值频率来做判断故障是否出现，以及是否产生了故障频率的髙次谐波来分析轴承故障产生的部位及故障严重程度。
一般来说，电动机振动异常的分析一般由振动趋势-振动频谱-包络频谱逐级分析，结合轴承部位温度变化和润滑情况以及现场监听轴承声音，逐级明确故障点的位置，有效解决现场实际问题。
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2、案例分析
2.1循环水及回流泵电动机深沟球轴承疲劳剥落
某装置循环油及回流泵P-118B电动机, 南阳防爆电气厂生产，电压等级：0.4kV，额定功率:160kW，转速2980r/min, 联轴器侧轴承型号为6316C3,风扇侧轴承型号为6316C3，电动机型号：YAXn315L-2，生产日期2006年08月；2008年8月安装运行至2014年7月15日计划检修，检修内容主要是更换前后轴承及润滑脂测量各部位配合间隙。2019年1月11日监测时发现该电动机联轴器侧加速度冲击值报警，并且该部位轴承有异响，加润滑脂后电动机的加速度监测值没有明显变化，电动机异响稍减，下面就监测图谱进行分析诊断。
发现电动机负荷侧轴承加速度变化趋势较缓，加脂润滑后，加速度稍有降低，由于轴承声音变化不明显，进而对轴承部件运行状态进行包络频谱分析。
由于电动机该部位轴承6316滚动体数量为8个，根据经验公式由此计算外圈特征频率为：fo=0.4*z*fr=0.4*8*2980/60=158.93（Hz），滚动体故障频率为：fb=0.23*z*fr=0.23*8*2980/60=91.39（Hz），轴承在运行中出现了外圈缺陷频率和滚动体缺陷频率并且存在谐波现象，但特征值数值较小，即缺陷产生时间不长，未产生严重故障，进一步观察该部位轴承的温度变化情况，观察缓变量趋势图看，电动机联轴器侧轴承位温度无明显异常增高情况，均在正常范围内变化，加脂后温度存在正常温升。
鉴于电动机轴承缺陷已经产生和现场电动机的重要程度决定对电动机进行检修，在解体检修后发现电动机该部位轴承确出现滚动体的缺陷。
从该电动机运行状态分析诊断和检修实际情况看，包络频谱分析法可以直观看出故障点且较为准确，但是要求分析线数和分析频率的选择满足要求，否则会造成偏差进而影响分析结果。
2.2 TK-101水站水泵电动机轴承外圈磨损
某装置TK-101水站水泵电动机P-102A,南阳防爆电气厂生产，电压等级：0.4kV，额定功率:30kW，转速2975r/min, 联轴器侧轴承型号为6312,风扇侧轴承型号为6312，电动机型号：YAXn200L1-4W，生产日期2008年07月；2008年9月安装运行至2015年5月4日计划检修，更换前后轴承及润滑脂。2018年5月18日监听联轴器侧轴承声音异常，监测加速度值为16.99mm/s2，加润滑脂后电动机加速度监测值稍降，电动机异响稍减，随即加速度又上升，声音又出现，随即对监测图谱进行分析诊断。
电动机该部位轴承6312滚动体数量为8个，根据经验公式由此计算外圈特征频率为：fo=0.4*z*fr=0.4*8*2975/60=158.6（Hz），滚动体故障频率为：fb=0.23*z*fr=0.23*8*2975/60=91.23（Hz），保持架故障频率为：fc=（0.381-0.4）*fr=（0.381-0.4）*2975/60=18.89-19.83（Hz），内圈故障频率为：fi=0.6*z*fr=0.6*8*29875/60=238Hz，由加速度包络频谱图可知，振动监测出现外圈故障特征频率，并且出现了2、3、4倍频谐波，据此诊断该部位轴承出现外圈缺陷，随即进行电动机解体检修。
通过该起案例分析发现，电动机运行中轴承出现故障时，在故障初期一般表现为声音异常，加脂润滑效果不明显，频谱图有反应，能够通过频谱分析诊断确定故障类型和故障位置。
目前我们发现振动异常时往往利用频谱来分析问题的根源，因为频谱分析可以确定问题的类型：电气故障、机械类故障等，能够将故障缺陷有效区分开来并诊断出故障的实际位置，再进行有效的针对性的处理，是避免电动机故障停机的有效手段，通过这种问题分析方法，成功解决了诸如芳烃回流泵电动机308/1、新轻机无盐水泵电动机105/B、汽油泵电动机202/A、高压循环冷水泵电动机P-01D、引风机2-ft-J-602、分馏塔顶空冷器电动机E-101F、预加氢进料泵电动机2-cz-P-101C等10余例轴承初期故障。
参考文献
[1]《机械设备振动故障监测与诊断》，化学工业出版社，黄志坚.
[2]《机械设备故障诊断技术》，哈尔滨工程大学出版社，袁健.
[3]《机械状态监测和故障诊断方法》，北京化工大学，杨国安.
作者简介
赵勇（1975-10），男，专科，电气车间主任，研究方向为电气生产管理及设备运维。
马金鹏（1985-05），男，专科，电气工程师，研究方向为电气设备管理及运维。
文杰（1982-09），男，本科，电气设备副主任，研究方向为电气设备管理及运维。
论文作者:赵勇,马金鹏,文杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：电动机论文; 轴承论文; 故障论文; 频率论文; 外圈论文; 内圈论文; 频谱论文; 《电力设备》2019年第4期论文;