[发明专利]一种异步电动机轴承损伤监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及电动机设备技术领域，尤其是一种异步电动机轴承损伤监测系统。

背景技术

异步电动机作为生产流通环节的关键动力输出与传动设备,已广泛运用于电力、钢铁、石化、交通与国防等国家重大命脉的支撑领域,而确保异步电动机安全稳定地运行是维护工作的重中之重。各项统计表明，异步电动机故障主要为轴承故障、绕组故障与转子断条故障，其中轴承故障发生率最高，占异步电动机总故障的30～42％。异步电动机的轴承在正常运转情形下，轴承的滚子和滚道之间有润滑剂隔开，避免了两种金属直接接触，减少了摩擦损耗。当出现轴承内润滑剂变质或缺少、轴承配合面加工或安装不到位导致定位不准、异步电动机长期超负荷运行、轴承过电、轴承制造缺陷等不良情形时，容易产生轴承损伤。异步电动机轴承故障主要表现为轴承元件的表面破坏，如轴承的内、外滚道损伤、点蚀，保持架缺陷或轴承本身的质量问题。轴承故障使得异步电机启动困难、转子运行不稳、轴承侧温度升高，严重时定、转子磁隙振荡剧烈、相互刮擦、绕组短路甚至烧毁电机。传统的异步电动机轴承故障检测方法是通过感知轴承部位温度与振动、探听轴承异响来确定轴承故障。由于个体感官差异，对轴承故障量化分析困难，这种方法需要检视人员具有丰富现场经验，从而难以进行推广。

当前，监测异步电动机轴承故障的方法主要有温度法、油样法、振动法、定子电流法与油膜厚度法(接触电阻法)。

温度法是通过监测轴承座或临近箱体处的温度来诊断轴承的工作状态，对轴承的过载、超速和润滑不良比较灵敏，但对轴承的点蚀、金属剥落、损伤等微量累积型故障基本没有反应。

油样法是通过定期从轴承所使用的润滑剂中取出油样，分析油样中特定金属颗粒的大小与含量来诊断轴承运行状态的方法。油样法可以用于轴承早期故障分析，但在电动机工作过程中难以取样、实时性不强，油样中还容易混入非轴承损坏溅入的颗粒影响分析结果。

振动法是通过测量轴承振动产生的时域信号，再将时域信号变换为频域信号与轴承振动的固有频率特性作比对以判断轴承是否存在故障的一种方法。振动法不受轴承类型限制，信号处理方便直观，目前应用最广泛。但异步电动机的振动激励源较多、信噪比低、较难准确提取故障的特征信息、在很多场合不便安装振动传感器，从而降低了振动法的工程实用性。

定子电流法是通过测试记录电动机定子电流信号，并将信号作分析处理来判断轴承是否发生故障的一种方法。由于故障轴承会引起转轴振动，转轴振动又引起异步电动机定转子间气隙振动，气隙振动调制其磁通量，被调制磁通量在定子绕组中感应出谐波电流，从而分析异步电动机定子电流的波形与频谱，提取转轴振动感应出的谐波分量，就能实现轴承的故障检测。定子电流法与振动法相比更简捷实用，但定子电流对应的故障频率分量幅值较小，易被噪声及基频分量掩盖，故障特征值提取困难。

油膜厚度法通过测量轴承表面间的接触电阻来判断轴承润滑状态，电阻值反映了轴承的油膜厚度；油膜厚度越小，故障发生几率越大。油膜厚度法对损伤、腐蚀类故障较敏感，对表面剥落、裂纹等故障适用性较差，且不适用于低速、多轴承同轴等情况，实际工程应用较少。

为此，研究出一种监测异步电动机轴承故障的新方法，对异步电动机轴承运行状态进行在线监测，对故障及时预警并量化分析，避免因轴承故障造成的重大损失，对提高异步电动机的运行可靠性，具有十分重要的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的就是要解决当前用于监测异步电动机轴承故障的温度法、油样法、振动法和定子电流法以及油膜厚度法所存在的上述问题，为此提供一种操作简单方便，能够实时精确地检测轴承的损伤状态，并且确保异步电动机稳定高效运行的异步电动机轴承损伤监测系统。

本发明的具体方案是：一种异步电动机轴承损伤监测系统，其特征是：包括有以下单元：

热电信号采集单元，用于将异步电动机上轴承出现损伤时，轴承的滚子与轴承的内、外滚道之间摩擦生热产生的热电信号转换为可采集的热电势信号，热电信号采集单元包括有安装在异步电动机的非动力输出轴端的转轴适配器，转轴适配器的另一端依次安装有同轴布置的连接轴、导电联轴器、中继杆和导电环，其中导电环的非旋转端作为信号输出端，信号输出端与采样电阻相连接，采样电阻的另一端与异步电动机的机壳相连接；所述异步电动机的机壳、轴承和转轴依次与转轴适配器、连接轴、导电联轴器、中继杆、导电环、采样电阻构成串联回路；

调理放大单元，用于接收信号输出端传输过来的热电势信号，并对热电势信号进行滤波和放大处理；