張進煌，馬廣強

某型動車變壓器風機電機啟動短時異音分析

張進煌，馬廣強

(湖南中車尚驅電氣有限公司，湖南 株洲 412000)

動車變壓器風機電機影響著整個動車組的運行安全，一旦發(fā)生故障不僅影響動車運行還會給乘客帶來安全隱患。以動車變壓器某系列風機電機為例，在對該型風機電機的啟動異音、噪音進行檢測后，發(fā)現了一種由外風扇引起的偶發(fā)性電機異音故障。通過對故障原因進行分析可找到排除該故障的方法。

動車變壓器風機電機；啟動異音；異音頻譜分析；外風扇剖切

動車變壓器風機電機影響著整個動車組的運行安全，一旦發(fā)生故障不僅影響動車運行還會給乘客帶來安全隱患。做好動車變壓器風機電機的故障診斷，及時排除故障是整個動車組運行必須重視的關鍵環(huán)節(jié)。

噪音分析是判斷電機故障的重要手段。由于電機所發(fā)出的異音噪音來源于電機內部的零部件破損或者故障，因此當電機產生異音噪音時，就可以斷定電機處于不正常的運轉狀態(tài)。電機的噪音問題一直存在，雖然多年來研究人員針對不同的噪音進行了大量的研究，但是噪音問題并沒有得到徹底解決。

1　故障測試

本次研究的噪音故障產品為某型牽引變壓器冷卻風機電機。在其運行時發(fā)現，風機啟動時有持續(xù)1秒左右異音。使用手持式噪音分析儀測得噪音頻譜圖，如圖1所示。

圖1　噪音頻譜圖

2　故障定位

2.1　故障源查找

對故障電機進行檢測和拆解，通過外觀檢查、電氣性能檢查等發(fā)現，產品沒有磕碰、刮痕、開裂等異常，振動值等也均滿足要求。

將電機風罩拆下，手動反向搖動風機，發(fā)現外風扇有輕微晃動現象。拆除風罩后試驗，存在啟動異音，如圖2所示；拆除外風扇試驗，啟動異音消失，如圖3所示。

圖3　拆除外風扇試驗

在故障電機上安裝另一同型號外風扇進行試驗，運行正常。由此可以得出結論：電機在啟動過程中發(fā)出的異音音是由電機外風扇引起的。

2.2　外風扇檢測

2.2.1外觀檢測

外風扇內面如圖4所示。通過故障重現發(fā)現：風扇軸向沒有晃動，圓周方向有幅度較小、無法檢測具體數值的輕微晃動。經三坐標檢測，外風扇尺寸是合格的。

圖4 外風扇內面

2.2.2內部檢測

選取6個外風扇試件進行對比檢驗，試件說明如表1所示。

表1　試件說明

(1)X光檢測

對6個外風扇試件進行X光檢測與分析，檢測結果如圖5所示。

圖5　外風扇X光檢測結果

通過X光檢測可以看出：風扇質量與制作批次有一定關系；正常裝配與拆卸、加熱不會對外風扇質量造成影響；驗證性破壞敲擊的試件有填充不充分現象，但結合敲擊位置分析，無法判定缺陷是由試件本身質量導致還是由破壞性敲擊導致；根據《GB/T 11346-2018 鋁合金鑄件射線照相檢測缺陷分級》，故障風扇的缺陷等級為6級，不符合GB/T 9438-1999的規(guī)定；其他風扇鑄件的氣孔缺陷等級均小于5級，符合標準規(guī)定。

(2)剖切檢測

選取本次故障風扇(A1001)、與故障風扇同風機風扇(A1002)、多次裝配后人工破壞性敲擊鑄鋁面的風扇(A1005)三個試件進行剖切，剖切方案如圖6所示。試件剖切對比如表2所示。

圖6　剖切方案示意圖

表2　試件剖切對比

3　故障分析

3.1　故障機理

3.2　外風扇結構分析

外風扇采用了鋁合金葉面加嵌鋼套的結構形式，其中鋼套外緣帶矩形槽結構，鋁合金和鋼套鑄成一體。外風扇結構如圖7所示，鋼套設計如圖8所示。

圖7　外風扇結構圖

圖8　鋼套設計示意圖

鑄造鋁合金葉面+鋼套結構在電機行業(yè)使用普遍，是一種成熟可靠的結構。

(1)高溫鑄造完成后，整體冷卻。由于鋁合金的線脹系數是鋼材的2倍左右，因此當外風扇冷卻后，鋁合金部分可將鋼套緊緊箍住。

(2)外風扇的冷卻條件較好，升溫幅度不大，在10k以下。

(3)該結構被廣泛應用于各種產品，一些大型受力部件也是采用這種結構，如高壓大電機的外風扇、機車上風機負載(外風扇)等。

3.3　故障原因分析

產生外風扇工作異常的原因主要有以下3個。

(1)外風扇有鑄造缺陷，導致葉面和鋼套嚙合不足。

(2)在外風扇裝配過程中，風扇葉面意外受力導致輕微缺陷。

(3)外風扇在運行過程中，長時間受離心力、扭力等復雜作用力影響，使微小缺陷逐步擴大并累積，最終導致晃動問題。

4　總結

根據故障分析及外風扇檢測分析得出以下3個結論。

(1)故障外風扇本身存在質量缺陷，是導致外風扇晃動進而產生風機異音的根本原因。

(2)外風扇結構較為成熟。電機正常運行時，外風扇只受離心力作用，即使存在晃動也不會對風機正常運行造成影響。外風扇有矩形槽結構和擋圈緊固，不會出現松脫現象，不會影響行車安全，但會存在瞬時噪音異常。

(3)加強外風扇的制作過程品控并在裝配前增加外風扇手檢的環(huán)節(jié)，確保產品質量，可有效降低故障率。

[1] 陳永校,諸自強,應善成.電機噪聲的分析和控制[M].杭州:浙江大學出版社,1987:298-300.

[2] 張維,黃堅,李志強.異步電機電磁噪聲國內外研究現狀[J].電機與控制應用,2012,39(9):1-4.

[3] 李敬妙.淺談軸流風機運轉異音的成因及解決方式[J].科技與創(chuàng)新,2019(17):127-128.

[4] 洪美琴,尹社新.鑄鋁葉輪嵌鑄輪芯松動原因分析與改進措施[J].鑄造,2016,65(11):1115-1118.

[5] 喬巍.某型動車組牽引通風機用電機異音分析及控制措施[J].鐵道機車與動車,2020(3):42-45,6.

[6] 洪美琴,尹社新.鑄造鋁合金葉輪嵌鑄鑄鐵輪芯結構設計及工藝要點[J].鑄造,2011,60(6):594-596.

Analysis of short time abnormal noise of fan motor starting in EMU

ZHANG Jinhuang，MA Guangqiang

(Hunan CRRC Shangqu Electric Co., Ltd. Zhuzhou, Hunan 412000, China)

The transformer fan motor affects the operation safety of the whole EMU. Once the fault occurs, it will not only affect the operation of EMU, but also bring safety risks to passengers. Taking a series of fan motors of the high-speed locomotive transformer as an example, an accidental abnormal sound fault of the motor caused by the external fan is found, after detecting the abnormal sound and noise of the fan motor. Through analyzing the cause of the fault, the method to eliminate the fault can be found.

transformer fan motor for EMU; abnormal sound when starting; abnormal noise spectrum analysis; external fan section

U266

A

2096–8736(2021)03–0042–04

張進煌(1981—)，男，福建龍巖人，大學本科，助理經濟師，主要研究方向為電機質量技術。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍