电机振动故障的原因及解决对策

建筑设计256产 城电机振动故障的原因及解决对策

张凯锋

摘要：电机振动故障的出现不但会对其自身的结构和构件造成损

坏，同时还可能会引发严重的事故，因此对电机振动故障的原因进行

研究非常重要。基于此，本文对电机振动故障发生的原因进行了分

析，然后提出了一些针对性的解决对策，仅供参考。

关键词：电机运行；振动故障；原因分析；解决对策

电机实际运行过程中，由于振动故障而导致机器停止运转的状况时有

发生，造成的经济损失也非常严重。因此，对电机振动故障的原因进行分析

是非常必要的。

1 电机振动故障的特点

电机的振动故障是一种常见的故障，并且还具有特定的故障特征。实

际上，在发电机运行期间经常会发生不同程度的振动，对于很小的机械振动

可以接受。但是，如果振动幅度超过一定范围，则会发生振动故障的问题。

关于振动故障的问题，由于轴承的类型和额定转速不同，发电机各部分的

振动水平也不同。因此，分析其故障特性非常重要。

1.1 结构特殊

发电机通常分为立式和卧式，大型发电机组和中型发电机组为立式，

小型发电机组为卧式。由于发电机本身的特殊结构，振动干扰相对复杂。

从结构的角度来看，机组的轴环和衬套之间有一定的间隙，该间隙是不固定

的，从而导致机组的大轴磁贴之间存在运动，并且运动轨迹是可变的。

1.2 振动故障的逐渐变化

由于发电机的转轮的旋转速度不如其它旋转机械高，因此振动故障的

发生通常是渐进且不可逆的，突发事故通常很少发生，因此，设备的正常运

行需要定期维护。

1.3 振动故障的多样性

发电机组的振动不是由单一的原因引起的，而是由机械振动、电磁振

动、液压振动等各种原因引起发电机组的振动。因此，在测试和分析机组振

动时需要考虑各种因素。

2 电机振动故障的原因

由于发电机组的结构比较复杂，因此整个机组对运行环境有很高的要

求。发电机组只能在某些情况下正常运行，因此，发电机组发生故障的可能

性增加。另外，发电机组的振动超过标准，这会对发电机组和人员安全产生

不利影响。

2.1 机械振动

（1）机组转子振动。特别是当轴承的大轴未正确居中，轴线不直或有

不规则之处时，如果水轮在环境等方面无法最佳运行，则导向轴承的中心与

转子的中心将不相同，振动的频率特别高。

（2）由于机组旋转部分的不平衡而引起的圆弧旋转。这里的弧形旋转

主要是由发电机组旋转部分的不平衡和偏心质量引起的，振荡频率和旋转

频率匹配。由于机组的旋转部件的质量和偏心质量等不平衡的问题，在旋

转部件的旋转过程中容易产生离心力，这可能引起发电机的弧形旋转和振

动。当旋转部分的旋转速度变得几乎与临界速度相同时，发生共振，这对发

电机具有非常不利的影响。

（3）转子摆动。转子摆动是因为导向轴承松动或间隙不足、刚性不足，

并且机组在运行和润滑方面不稳定，如果未安装到位，则导向轴承和旋转

轴之间的干摩擦会导致轴承沿相反方向旋转，从而引起横向振动。

2.2 液压振动

液压振动大致可分为由卡曼涡旋引起的振动、由狭窄的前射流引起的

振动和由于不正确的组合引起的振动。

（1）卡曼涡旋引起的振动。卡曼涡流阵列是指发电机组的转子叶片和导向叶片具有较大的迎角或尾部后缘时，叶片的上下表面围绕水流，而边界

层则是由于脱流引起的，流后出现涡流。

（2）前射流狭窄导致振动。狭窄的前喷嘴是在轴向发电机组中，射流

具有高速、低压的特点。

（3）关联错误引起的振动。进气碎片刺激而产生的振动碎片在电机的

旋转部分和静止部分之间破裂，从而导致流量中断和突然的流量变化，从

而在淤泥河中振动。大量泥沙流的发电厂直接损坏了电机。

2.3 电磁振动

发电机组中的电磁振动主要是由于在设计、制造或安装过程中电磁力

失衡和参数匹配不当造成的。

（1）转子的圆度不符合要求，或者转子的旋转中心不合适。

（2）发电机的旋转部分由于不平衡力而振动，并且随着激励电流的增

加，振动幅度继续增加。

（3）当电路短路时，某些磁极的磁动量可能会减小，但是相应磁极的

磁动量不会改变，而是随转子一起旋转，电磁辐射不平衡。另外，随着定子

电流的增加，振动幅度继续增加，并且电流越大，振动水平越强。

3 机组振动试验

3.1 转速测试

以不同的转速测量设备常用部件的振幅或频率。当机组在60％至100％

的额定速度范围内运行时，振幅始终很大，并且速度的变化不受振幅变化

的影响，因此机组振动的原因几乎是轴线曲折、轴承间隙未调好。

3.2 励磁试验

以额定速度对设备进行励磁，改变励磁电流，并通过励磁电流观察每

个代表性零件的振动变化。当振幅随励磁电流增加时，不平衡的磁引力是

设备振动的主要原因。

3.3 负载、调相或加气测试

改变设备上的负载，在不同负载下测量设备每个典型部分的幅度，并

绘制负载-幅度关系曲线。当增加或减小随机幅度组上的负载时，由于水力

不平衡而振动的机组，在相位调制操作期间，机组的幅度显着减小，并且水

轮机导向轴承中的幅度变化比其它零件更明显。

4 振动故障的识别与诊断

4.1 诊断系统的结构设计

根据机组的振动特性，主要基于BP神经网络和规则设计检测系统。优

点是可以将人工神经网络与专家诊断程序相结合，以提高测试结果的准确

性，从而有效地减少机组振动和其它问题。该系统主要由两部分组成：在线

故障诊断和离线故障诊断。

4.2 获得一般故障诊断知识

有关机组故障问题的知识的获取分为设备功能结构和操作规范的知识

等类别，可以从技术法规和设计文档中获取，该系统的诊断知识存储在数

据库中。

4.3 故障征兆分析

故障征兆的提取很重要，并且直接影响诊断的速度和准确性。为了在

最短的时间内获得准确的诊断结果，需要采用有效的方法来获得更有效的

故障征兆。在这方面，信号分析是提取征兆的有效方法，因此有必要对信号

进行全方位的分析。

4.4 通过振动部位进行故障诊断

振动部位是识别振动原因的重要组成，使用振动部位诊断故障非常重

要。通过长期的经验得知，设备的振动部分有所不同，可以根据振动部分了

解振动原因，要使用振动部位诊断故障，如果导水轴承的振动明显大于其它

 （下转第260页）建筑设计260产 城建筑色彩构成的配色评价指标选择，是对影响建筑色彩效果的关键影响因子进行综合筛选，而且选取的评价指标必需符合定性定量的研究条件。对于建筑色彩构成来说，影响配色效果的客观因素，包括：视觉美学，地域文化。这两者都是客观存在的评价因素。长期以来，建筑设计师总是把色彩设计归于主观的评价范畴，主要是由于建筑色彩的主题包含了人文、情感、审美层面的主观意识，这些意识产生的途径是通过人眼的视知觉获取，所以设计师的艺术造诣和配色经验才是提升环境品质的主导因素。从科学的角度来看，这种意识和情感是具有个体差异性的，从人眼混合色光开始，这种个体差异性就存在了。建筑色彩构成的配色评价体系建构的核心是基于“体系”的评价，在评价体系中，强调的不是个性的意识，而是共性的意识。需要通过详实的调研过程去了解特定的建筑色彩环境，公众对色彩的目标需求，按照评价指标去层层落实。建筑色彩的目标需求不仅要满足公众的视觉美学，还包括历史古城各种色彩记忆，以及社会和民间层面的对于色彩的偏好。古城建筑的配色评价指标应该客观反映公众对色彩主题的目标需求，而设计师的个人色彩评判带有对色彩好恶美丑的看法，与个人的生活经历、生活环境有关，不具有科学评价的效力。本文构建的泉州古城色彩评价模型层次结构分为2层次，且逻辑关系清晰，能够进行相关的比较和对比。论文建构的配色评价模型初步设定为一级准则层与二级指标层的结构关系。一级影响因子偏重于定性评价，包括地域文化和视觉美学两个层面，二级影响因子偏重于定量评价，包括色相、明度、饱和度、色彩层次数量、色彩面积比例、色彩数量、地域性、文脉延续性和色彩完好度。通过定性定量的研究方法，使指标层能够用直接或间接的标准进行比选和估测，避免出现相互冲突，具有矛盾的状况。4.3 色彩评价因子权重的确定4.3.1 问卷调查与数据统计在基于层次分析法的评价体系构建中，一旦对层次结构完成了构建，就需要参与者通过一系列的成对比较来分析它，从而得出一个成对比较矩阵，此矩阵可以表现评价因子之间的相对重要性。为了科学合理的得到成对比较矩阵，本文采专家调查法进行问卷调查。在问卷调查开始前，笔者首先根据基于层次分析法的成对比较原则以及结合建筑色彩的相关理论，以及提取的评价因子对建筑色彩评价体系评价因子相对重要性的调查问卷进行了科学性的设计编写。调查问卷的设计根据建筑色彩评价体系评价因子的层次结构，主要为准则层因子间的相互比较以及指标层两个类别的因子间的相互比较。基于生成的层次评价模型，根据层次分析法构建判断矩阵，以确定要素层以及各级指标层在评价体系中的重要程度。在构建递阶层次模型中，设定的要素层某一项因子为 A，所支配的下一层因子为 B1，B2，B3，…Bn，B 对于 A 相对重要性即为权重 W。对于建筑色彩评价而言，B1，B2，B3，…Bn 相对于 A 的重要性无法直接定量给出，因而，需要建筑相关专业中的色彩规划设计专家对指标层中的各项因子依据一定的准则分层比较，分别构建判断矩阵。本文的层次分析采用了常用的 1-9 比例表度，分别表述两个对象相比“同样重要”、“稍微重要”、“重要”、“较为重要”和“非常重要”。如若需要细分，则可以用“2， 4， 6， 8”四个数字分别内插，形成更为精确的九级量尺。在完成调查问卷的设计编写后，笔者对专家进行了问卷调查。共征询高校、科研院所的建筑、规划学科 20 名专家，得到 18份有效问卷。通过被调查专家的调查问卷各项的打分取均值（四舍五入保留整数及整分数），汇总得出以下各成对比较对象的重要程度比较结果。4.3.2 评价因子权重计算

判断矩阵建立后就需要求 B1，B2，B3，…Bn，对于要素 A 的相对权重 W1，W2，W3，…Wn，写成向量形式即为 W=（W1，W2，W3，…Wn）.本文采取几何平均法，即方根法计算权重，除了利用数学模型进行计算，还可以借助 YAAHP 等层次分析法软件，帮助缩短计算过程，提高计算的准确性。利用方根法计算，首先将判断矩阵的各个行向量进行几何平均，然后归一化，得到权重向量。其公式为：在层次分析法中，常常会用一个衡量不一致程度的数量指标，即一致性指标与平均随机一致性指标来进行一致性检验。首要步骤是确定一致性指标，当随机一致性比率CR=CI/RI<0.10时，认为单层次或总层次排序的结果具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。经过计算和一致性的检验，确定了泉州古城建筑色彩评价指标的单因子权重。如表1

准则层权重指标层权重

视觉美学0.600色相0.382

明度0.152

饱和度0.225

色彩层次数量0.125

色彩数量0.055

色彩面积比例0.051

地域文化0.400地域性0.429

文脉延续性0.387

色彩完好度0.184

表1结语研究通过梳理影响历史文化名城建筑色彩评价的因素，找出历史名城建筑色彩控制的原则和控制思路，探索出专门针对历史文化名城建筑色彩控制的方法。选取泉州历史文化名城为例，对其建筑色彩进行调研分析，从而提出泉州古城建筑色彩评价体系的建构。建筑色彩设计在新的时期肩负着新的使命，如何建构色彩设计方法和体系，使其更好地服务于中国城市的发展，已经成为色彩规划的当务之急。面对不断发展变化的生活方式，人们对色彩的重视程度越来越高，科学地开展色彩研究，准确地把握色彩定位，并能根据市场的需要将色彩完美地应用于城市环境及相关要素设计中去，已经成为色彩研究与应用的重要课题。作者简介：李杰（1995-），男，华侨大学建筑学院硕士研究生，研究方向：建筑设计及其理论。基金：华侨大学研究生科研创新基金资助项目。