电机运行噪声大故障原因分析

李昉骏，徐 敏，张景伟

（海洋石油富岛股份有限公司，海南东方 572600）

0 引言

现代化工企业在生产中，机械设备在运转时，每时每刻都处于各种激励的作用下，不可避免地产生振动，振动的产生必然会带来各种各样的噪声。有的噪声连续、均匀，属于正常的声音；有的噪声尖锐，伴有高频啸叫声，随时间的推移越来越大。《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中第三章第二十五条明确规定：产生环境噪声污染的工业企业，应当采取有效措施，减小噪声对周围生活环境的影响。所以，作为一个现代化企业，有责任、有义务做好生产设备噪声的治理工作。

化工企业中，由电机旋转产生的声音是噪声重要来源之一，同时电机噪声又是衡量电机产品质量的重要技术指标。电机出厂时，制造厂已经在铭牌标注了这台设备的噪声限值。在日常运行维护时，运维人员会发现运行中的电机发出各种噪声，正常的噪声不用处理，而长时间“异常噪声运行”状态严重威胁着电机的安全运转。为及时发现并消除异常现象，必须详细了解电机噪声的鉴别与控制方法，及时发现和处理隐患才能确保生产装置的连续运行。

1 电机噪声的分类与防治

简单来说，电机运转噪声是由机械噪声、电磁噪声和空气动力噪声组合而成。

电机噪声主要来源是机械噪声，大型、高速电机易产生机械噪声，转子动平衡不好、机械不对中或地脚缺陷等都会产生机械振动，引起机械噪声增大。电机定、转子部件固有频率和转速频率一致时，也会产生机械噪声。当电机装有端罩式风罩时，罩子往往被电机的振动所摇撼并发生振动，同样会产生噪声。通过提高安装质量，提高转子动平衡精度，加装抑振设施等方法可以有效减小机械振动，降低噪声。

电磁噪声主要是由电磁场交替变化，引起某些机械部件或空间振动造成。此种噪声与交变电磁场特性、被迫振动部件和空间大小形状等因素有关，当电磁场消失时，该噪声也随之消失。设计时通过降低电机的气隙磁通密度，采用电枢斜槽和磁性槽楔，都是降低齿谐波和电磁噪声的有效措施。提高气隙装配时的均匀度和铁心的叠装质量，都有利于降低电磁噪声。

空气动力噪声分为涡流噪声和笛鸣噪声两种。涡流噪声主要是由转子和风扇引起的冷却空气湍流，在旋转表面交替出现涡流引起的；笛鸣噪声是通过压缩空气或空气在固定障碍物上擦过而产生的，优秀的空气动力设计会有效降低此种噪声。

2 设备概况及故障现象

一台额定功率为725 kW、额定转速1490 r/min 的6 kV 交流异步电机，冷却方式为IC411。该电机于2020 年7 月送到电机修理厂进行大修，返厂后运行1 个月左右，运维人员反映该电机在运行时发出异常噪声，且呈逐渐增大趋势，并伴随着明显的啸叫声。

经过初步检查，电机各位置振动速度均不超过1.5 mm/s，电机轴承润滑良好。用简易测振仪器检测电机振动速度时，发现最高振动值出现在500 Hz 附近（图1），这个频率远大于电机转速的1 倍频和2 倍频，而1 倍频和2 倍频的振动主要与电机轴承损坏、动不平衡、不对中、地脚缺陷相关。由此判断，该噪声应该与机械振动无关。

图1 电机轴伸端振动

电机电磁噪声大小随磁场强弱、负载电流的大小而改变。通常可以利用电磁噪声的这种特征，对运行的电机静听一段时间后突然切断电源，随着电源的切断，部分噪声会立即消失，则可判定为电磁噪声。运维人员决定用“突然断电”的方式来进一步判断这台电机的异常噪声来源。在按下电机停运的瞬间，异常噪声并未立即消失，而是伴随电机转速的下降而减弱，运维人员可以据此确定该异常噪声不是电磁噪声。

至此，运维人员基本锁定电机异常噪声的来源为空气动力噪声。电机停运后，运维人员打开风扇罩，对风扇叶和风扇罩内部进行检查，未发现风扇叶松动、开裂的现象，风扇罩内部无任何异物，可以判断噪声来源于电机内部。

运维人员将电机下线送往检修厂房，拆开电机两侧端盖，抽出电机转子，电机内部轴承、绕组均未见异常，仅在非轴伸端转子内风扇底部发现有绝缘漆滴落后开裂现象（图2）。该绝缘漆是电机大修时真空浸漆后，绝缘漆由于重力作用滴落在定子壳体上，修理厂检修人员未及时清理干净所致。

图2 绝缘漆滴落后开裂

3 故障原因分析

经过测量，电机各项电气指标均正常。运维人员通过对电机转子的结构进行了观察与分析，发现在转子上有一圈管道连接了转子的两端，转子转动时起通风散热作用（图3）。

图3 电机转子通风管道

相关技术人员根据转子通风结构绘制出电机转子结构，如图4 所示。

图4 电机转子通风结构示意

每当转子旋转一周，会有18 个小孔经过开裂的绝缘漆层位置，小孔内的气流吹过形成了“口哨效应”。经过简单计算：每秒电机转动1490÷60=24.83 圈；每秒会有18×24.83=447 个小孔吹过绝缘漆层开裂位置，可以理解为气流吹过该位置的频率为447 Hz。

这个数字接近电机主振频率（500 Hz），电机噪声的来源基本确认可能与开裂的绝缘漆层有关。如果把开裂的绝缘漆层清理干净，噪声应会消失。

4 改进措施及效果

运维人员清除了滴落在定子壳体内部的绝缘漆层，将电机回装后试车，发现异常噪声消失，测量振动的频谱，500 Hz 处的没有任何反应（图5），可以确认该电机之前发出的噪声确实为空气动力性噪声，即空气在开裂的绝缘漆皮上擦过而产生的笛鸣噪声。

图5 电机检修后500 Hz 处振动消失

5 结束语

与水体污染、大气污染和固体废物污染不同，噪声污染是一种物理性污染，其特点是局部性和没有后效。噪声在环境中只是造成空气物理性质的暂时变化，噪声源的声输出停止后污染立即消失，不留下任何残余物质。噪声的防治主要是控制声源和声的传播途径，以及对接收者进行保护。本次噪声故障处理是一起典型的噪声防治案例，产生噪声的直接原因就是绝缘漆层起皮形成的“笛鸣噪声”，将故障点处理完毕后异常噪声立即消失。

此次电机的异常噪声主要是由于电机大修时，定子绕组浸漆过程中遗留在电机内的绝缘漆未清理干净所致。为此，及时将故障处理过程向电机修理厂家反馈，进一步改进电机维修质量管控细则，将电机修理工作分解成小项，列出每项工作的检修标准，严格按照检修标准修理，确保不再出现类似检修质量事故。