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[案例分析] 我司一台PWM变频驱动电机轴承电蚀分析

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发表于 2016-7-22 15:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 骨哥 于 2016-7-22 20:10 编辑

我司脱硫系统#2GGH低泄露风机A,在4月25日的周期性振动监测中发现Peakvue幅值突变异常,分析存在轴承电蚀可能,经持续监测跟踪至7月3日,认为轴承电蚀缺陷发展迅速,建议专业尽快安排检修,解体后发现两轴承均有严重电蚀,与诊断相符。
一、        设备概况
低泄露风机在GGH中用于将净烟气加压,对漏风部位密封,达到降低原烟气漏风量的目的。
其中低泄露风机A为电机-传动带-风机结构,低泄露风机B为电机-膜片联轴器-风机结构,4月份改为变频驱动,两台风机共用一台变频器,正常情况下风机A变频运行,风机B备用。
电机工频转速:1485rpm
非驱端轴承:6217(外圈故障频率4.571X,内圈故障频率6.429X)
驱动端轴承:6219(外圈故障频率4.102X,内圈故障频率5.898X)
二、        分析诊断
4月25日,在变频改造后的第一次监测中,电机非驱端Peakvue幅值历史趋势由之前稳定保持在1gs左右突然上升至10.68gs。
Peakvue频谱特征以非驱端轴承外圈故障频率及其多次谐波为主(虚线是理论值,蓝色实线是实际值,由于安装等关系会有一定偏差)。由于高频加速度趋势也有剧烈上升,故查看普通加速度谱,发现存在典型的轴承电蚀特征(2000Hz附近有一系列BPFO边带):
驱动端轴承Peakvue幅值变化不大。
故认为非驱端轴承有电蚀可能。
三、        持续监测
在发现上述异常后,安排进行补油处理,监测周期从1个月缩短至1周,从Peakvue幅值变化来看,整体呈上升趋势。
此间发现驱动端轴承Peakvue也开始快速上扬,从速度谱高频宽频谱来看,也表现出电蚀特征。
7月3日,非驱端Peakvue幅值达到28.7gs,驱动端Peakvue幅值达43.96gs,已达到CSI规定的必须立即更换的标准,判断轴承破坏情况发展较快,遂通知专业尽快安排检修。
四、        检修验证
7月12日,电机解体,两端轴承切开后发现有以下问题:
1、        润滑油呈黑色,为放电时局部高温造成的;
2、        驱动端和非驱端轴承内外圈滚道均有深约0.2mm的搓衣板状的沟槽,滚珠呈暗灰色,符合典型的电蚀特征。
3、        检修后的电机,经测量轴电压约3.3V,有资料显示,轴电压超过2V即有可能造成电蚀(由于影响因素众多,业界尚没有统一标准)。
五、        电蚀机理
电机在运行中或多或少都会产生一定的轴电压,根据产生原因,大致可分为两类:
1、内源性:由电机的磁不平衡产生。
2、外源性:由PWM电源逆变器感应的转子轴对地电压引起。
由磁不平衡产生的轴电压,自上世纪20年代发现以来,基本已通过优化电机结构设计消除,不在本文讨论范围。
而变频器PWM逆变器感应的转子对定子电压对轴承的破坏更为突出。电机接入三相对称正弦电压时,共模(零序)电压为0,当由PWM逆变器供电时,共模电压是高频变化的非0电压,其通过电机内部寄生电容耦合作用,在转子上感应出高频电压(普通万用表测得的是有效值,应用电位差计或示波器测量)。
电机在运行时,轴承滚动体与滚道之间根据速度不同,有亚微米至几微米之间不同的绝缘油膜阻隔,如一个电容,当转子上感应电压也来越高,超过油膜所能承受的阈值时其被击穿,此时电容放电,产生如同EDM(电火花加工)电流加工效应,滚动体如电极,滚道如工件,放电后轴电压降低并继续积聚,周而复始,因此EDM电流是一个个随机的尖峰电流,其幅值最大可达3A,EDM电流的热效应使得与其接触的金属融化(微观),只要在某一点产生这种破坏,以后的损坏都将在这一点逐步加剧,一直到形成搓衣板状的一系列沟槽,润滑脂在局部高温作用下碳化发黑。
七、处理建议
从上述分析可以看出,电机轴承电蚀,是由于变频器PWM逆变器特性造成的,也就是说,只要是采用PWM调制的变频器拖动的电机,均有发生电蚀的可能,发生与否取决于电机结构是否会产生超标的轴电压、润滑油电导率等。因此建议:
1、        评价变频器输出是否合格,通过滤波等措施降低共模电压;
2、        电机更换为绝缘轴承,同时在轴伸端安装碳刷并接地使转子积聚电荷及时释放;
3、        对变频驱动的电动机,特别是高功率电机,按规范方法普测轴电压,以及时发现问题加以预防(微弱电蚀是以滚道及滚动体表面腐蚀性的失去光泽来体现的,故即使过去未发生过严重电蚀的设备,也应进行测量)。

#2GGH低泄露风机振动诊断报告.pdf

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发表于 2016-7-24 12:31 | 显示全部楼层
骨哥出品,必须要顶
发表于 2016-7-25 08:54 | 显示全部楼层
学习了  真心不错  处理措施也很实用详细  
发表于 2016-7-25 10:35 | 显示全部楼层
本帖最后由 birdli2000 于 2016-7-25 13:09 编辑

我们这里也发现过类似的案例.
发表于 2016-7-25 10:37 | 显示全部楼层
也是电机由工频改为变频后发生的.
发表于 2016-7-25 11:25 | 显示全部楼层
支持骨哥的无私奉献,好贴顶起来
发表于 2016-7-25 12:57 | 显示全部楼层
好东西  辛苦
发表于 2016-8-1 09:48 | 显示全部楼层
典型的轴承电蚀特征___是怎样的频谱特征,有特定的计算公式还是有其他的经验值?

点评

如图,2000Hz附近有BPFO边带。[attachimg]76817[/attachimg]  详情 回复 发表于 2016-8-1 10:32
 楼主| 发表于 2016-8-1 10:32 | 显示全部楼层
qren7006 发表于 2016-8-1 09:48
典型的轴承电蚀特征___是怎样的频谱特征,有特定的计算公式还是有其他的经验值?

如图,2000Hz附近有BPFO边带。 QQ截图20160801103101.jpg

点评

如何解决风机端轴承的电蚀?有种说法在联轴器处加绝缘垫,你可听说过?  详情 回复 发表于 2016-8-3 08:43
发表于 2016-8-1 11:20 | 显示全部楼层
感谢分享经验
发表于 2016-8-2 15:44 | 显示全部楼层
大赞骨哥,因为这种故障,我厂已经换了不下6台大电机了。
近期还发现了减速机输入端轴承也被侵蚀的现象。
我厂的处理办法与楼主一样,但是否彻底解决问题,还待观察。。。。。

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期待反馈  详情 回复 发表于 2016-8-3 08:31
发表于 2016-8-3 08:31 | 显示全部楼层
oceandeep 发表于 2016-8-2 15:44
大赞骨哥,因为这种故障,我厂已经换了不下6台大电机了。
近期还发现了减速机输入端轴承也被侵蚀的现象。
...

期待反馈
发表于 2016-8-3 08:43 | 显示全部楼层
骨哥 发表于 2016-8-1 10:32
如图,2000Hz附近有BPFO边带。

如何解决风机端轴承的电蚀?有种说法在联轴器处加绝缘垫,你可听说过?

点评

谢谢,没有听过这样的说法,联轴器传递的扭矩那么大,应该是不可能良好绝缘的; 看资料,一般是采用:电机外壳用专用低阻抗铜丝编织扁带良好接地、轴伸端碳刷接地,并经常检查,从轴电流通路看,是否可以将负载端轴  详情 回复 发表于 2016-8-3 10:33
 楼主| 发表于 2016-8-3 10:33 | 显示全部楼层
oceandeep 发表于 2016-8-3 08:43
如何解决风机端轴承的电蚀?有种说法在联轴器处加绝缘垫,你可听说过?

谢谢,没有听过这样的说法,联轴器传递的扭矩那么大,应该是不可能良好绝缘的;
看资料,一般是采用:电机外壳用专用低阻抗铜丝编织扁带良好接地、轴伸端碳刷接地,并经常检查,从轴电流通路看,是否可以将负载端轴承座对地绝缘?ABB甚至建议使用专用电缆。作为非电气专业人员,轴电流问题远比想象的复杂,最好转交电气专业人员研究处理。 QQ截图20160803101842.jpg QQ截图20160803101944.jpg QQ截图20160803102710.jpg

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谢谢回答,我厂的结构限制负载端轴承座接地有点困难,所以一直有电蚀存在,只是发展比较缓慢,PK+保持在20g以下,我们暂时也只是观察,至于ABB的说法待电气人员研究吧,再次感谢!  详情 回复 发表于 2016-8-3 12:27

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发表于 2016-8-3 12:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 oceandeep 于 2016-8-3 14:43 编辑
骨哥 发表于 2016-8-3 10:33
谢谢,没有听过这样的说法,联轴器传递的扭矩那么大,应该是不可能良好绝缘的;
看资料,一般是采用:电 ...

谢谢回答,我厂的结构限制负载端轴承座接地有点困难,所以一直有电蚀存在,只是发展比较缓慢,PK+保持在20g以下,我们暂时也只是观察,至于ABB的说法待电气人员研究吧,再次感谢!
关于ABB的文章,我又发了个帖子,好像我们看得都是这个。。。
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