馬仲翦

（92493部隊(duì)89分隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000）

1 船用旋轉(zhuǎn)電機(jī)故障的特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)電機(jī)是現(xiàn)代船舶設(shè)備的重要組成部分，是船舶電力、動(dòng)力、通訊、傳輸?shù)认到y(tǒng)的重要組成部分。隨著船舶自動(dòng)化、集成化程度不斷提高，旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備在船舶上的數(shù)量越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，電機(jī)故障對(duì)船舶正常運(yùn)轉(zhuǎn)的影響也越來(lái)越大。

由于船舶旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境具有溫度高、濕度高、振動(dòng)大、電磁環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，因此故障發(fā)生頻率較高。及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)出電機(jī)的故障征兆，確定故障原因，排除隱患，對(duì)于保障船舶設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義[1]。

2 船用旋轉(zhuǎn)電機(jī)故障的故障診斷分類(lèi)

旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為船舶動(dòng)力和電力系統(tǒng)重要組成部分，故障可分為機(jī)械故障和電氣故障兩大類(lèi)，兩類(lèi)故障并非孤立存在，而是相互聯(lián)系、相互影響。在監(jiān)測(cè)診斷工作中，可以用振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)機(jī)械故障診斷，電氣三相監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)電氣故障診斷，兩者相互結(jié)合才能準(zhǔn)確判斷故障類(lèi)型，確定故障部位，為設(shè)備維修保養(yǎng)提供技術(shù)依據(jù)。

2.1 機(jī)械故障診斷

船用旋轉(zhuǎn)電機(jī)雖然大小、功率、安裝形式不同，但在振動(dòng)測(cè)試中，都可以抽象為一個(gè)圓柱體，選擇電機(jī)的軸申端和非軸申端測(cè)點(diǎn)，各取x、y、z三向測(cè)點(diǎn)，用振動(dòng)分析儀測(cè)試振動(dòng)烈度，所測(cè)得的數(shù)據(jù)具有代表性，可以準(zhǔn)確反映測(cè)試電機(jī)的振動(dòng)狀況。對(duì)于振動(dòng)烈度的判斷可以參照ISO2372和ISO3495作為標(biāo)準(zhǔn)，也可在同型號(hào)電機(jī)在相同狀態(tài)工況下的振動(dòng)值作比較[2]，電機(jī)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1所示。

圖1 電機(jī)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 電氣三相測(cè)試

船用旋轉(zhuǎn)電機(jī)雖然功率、轉(zhuǎn)速、大小、安裝方式各有差異，但在電氣三相監(jiān)測(cè)方面，都將電機(jī)看成是一個(gè)包含電阻、電感、電容的復(fù)雜電路進(jìn)行分析，從而診斷其狀態(tài)。使用電機(jī)故障狀態(tài)檢測(cè)儀，監(jiān)測(cè)對(duì)象使該電機(jī)的控制箱，旋轉(zhuǎn)三相電機(jī)電路如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)三相電機(jī)電路

電氣三項(xiàng)監(jiān)測(cè)的的重點(diǎn)是電機(jī)的阻抗（Z），相角（Fi），倍頻（I/F），在 U、V、W 三相的出電端監(jiān)測(cè)。

阻抗：在具有電阻、電感和電容的電路里。對(duì)電流阻礙作用的物理量稱(chēng)為阻抗，Z=R+（iωL-1/ωC）.

倍頻：在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)測(cè)試中，發(fā)出電壓為U、頻率是ω的正弦波信號(hào)，得到反饋電流當(dāng)頻率為2ω，反饋的電流幅值為倍頻 I/F=（I2-I）1/I1× 100%.

相角：在旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)中，交流電壓U=U msin(ωt+ φ)，在不同時(shí)刻的電壓決定于(ωt+ φ)的數(shù)值，(ωt+ φ)就稱(chēng)相角。當(dāng) t=0 時(shí)，φ 即為初相角[3]。

通過(guò)三個(gè)參數(shù)的平衡度及所在相位的位置判斷電機(jī)的故障情況及故障相位。阻抗值平衡偏差超過(guò)范圍，說(shuō)明該電機(jī)存在繞組質(zhì)量下降，如污染、受潮等情況，如阻抗值和相角值平衡偏差都超過(guò)范圍，說(shuō)明該電機(jī)轉(zhuǎn)子存在故障隱患，如轉(zhuǎn)子籠型鐵條氣隙不均甚至斷條等情況，如阻抗值和倍頻值平衡偏差都超過(guò)范圍，說(shuō)明該電機(jī)定子存在故障隱患，如匝間短路、相間短路等情況，判斷標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 電機(jī)三相狀態(tài)監(jiān)測(cè)

3 監(jiān)測(cè)案例及故障分析

案例1：

對(duì)某船4臺(tái)規(guī)格功率相同的滑油泵，出海時(shí)在相同工況下進(jìn)行進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，采集軸身端與非軸申端各三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 滑油泵振動(dòng)值

根據(jù)上述振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該船2、3號(hào)滑油泵相較1、4號(hào)滑油泵，明顯存在振動(dòng)過(guò)大的情況。為判斷其故障類(lèi)型，進(jìn)一步對(duì)四臺(tái)電機(jī)進(jìn)行電氣三項(xiàng)測(cè)試如表3所示。

表3 滑油泵電氣三相值

通過(guò)對(duì)四臺(tái)電機(jī)的電氣三項(xiàng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，2號(hào)滑油泵的U-W相存在阻抗與相角不平衡現(xiàn)象，判斷該電機(jī)U-W相存在轉(zhuǎn)子籠型鐵條氣隙不均或斷條現(xiàn)象；3號(hào)電機(jī)V-W存在倍頻不平衡現(xiàn)象，判斷該電機(jī)存在定子匝間短路現(xiàn)象。根據(jù)檢查結(jié)果，對(duì)2號(hào)滑油泵電機(jī)拆檢，調(diào)整轉(zhuǎn)子U-W相存在氣隙不均的鐵條，更換斷裂的鐵條；對(duì)3號(hào)電機(jī)進(jìn)行拆檢，檢查定子V-W相，對(duì)存在匝間短路的線圈進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)組裝調(diào)試磨合后，兩臺(tái)電機(jī)的振動(dòng)烈度值下降，工作恢復(fù)正常。

案例2：

某船用消防泵在使用過(guò)程中，存在噪音周期性異常振動(dòng)過(guò)大情況，通過(guò)振動(dòng)測(cè)試檢查其振動(dòng)烈度值如表4所示。

表4 船用消防泵振動(dòng)值

根據(jù)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，該電機(jī)振動(dòng)烈度偏高，具有故障征兆，為確定其故障性質(zhì)，進(jìn)一步進(jìn)行電氣三相測(cè)試，結(jié)果如表5所示。

表5 滑油泵電氣三相值

通過(guò)測(cè)試看以看出，該電機(jī)的三相平衡，均在正常范圍之內(nèi)，因此故障類(lèi)型屬于機(jī)械故障，通過(guò)拆檢電機(jī)，清理內(nèi)部，檢查更換老舊零部件，添加潤(rùn)滑脂，調(diào)制軸系保證對(duì)中，組裝調(diào)試磨合，電機(jī)振動(dòng)烈度值下降，恢復(fù)正常。

5 結(jié)論

通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)和電氣測(cè)試技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于船舶旋轉(zhuǎn)式電機(jī)的故障監(jiān)測(cè)，能夠準(zhǔn)確定性電機(jī)設(shè)備的故障類(lèi)型，定位故障部位，及時(shí)排查故障隱患，使電機(jī)設(shè)備維修做到有的放矢，節(jié)省維修周期和成本。對(duì)于保障船舶設(shè)備的正常運(yùn)行乃至整個(gè)船舶的航行，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。

[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]王建華.電氣工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[3]唐納德·本特利.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.