某型动车变压器风机电机启动短时异音分析

张进煌，马广强

某型动车变压器风机电机启动短时异音分析

张进煌，马广强

(湖南中车尚驱电气有限公司，湖南 株洲 412000)

动车变压器风机电机影响着整个动车组的运行安全，一旦发生故障不仅影响动车运行还会给乘客带来安全隐患。以动车变压器某系列风机电机为例，在对该型风机电机的启动异音、噪音进行检测后，发现了一种由外风扇引起的偶发性电机异音故障。通过对故障原因进行分析可找到排除该故障的方法。

动车变压器风机电机；启动异音；异音频谱分析；外风扇剖切

动车变压器风机电机影响着整个动车组的运行安全，一旦发生故障不仅影响动车运行还会给乘客带来安全隐患。做好动车变压器风机电机的故障诊断，及时排除故障是整个动车组运行必须重视的关键环节。

噪音分析是判断电机故障的重要手段。由于电机所发出的异音噪音来源于电机内部的零部件破损或者故障，因此当电机产生异音噪音时，就可以断定电机处于不正常的运转状态。电机的噪音问题一直存在，虽然多年来研究人员针对不同的噪音进行了大量的研究，但是噪音问题并没有得到彻底解决。

1　故障测试

本次研究的噪音故障产品为某型牵引变压器冷却风机电机。在其运行时发现，风机启动时有持续1秒左右异音。使用手持式噪音分析仪测得噪音频谱图，如图1所示。

图1　噪音频谱图

2　故障定位

2.1　故障源查找

对故障电机进行检测和拆解，通过外观检查、电气性能检查等发现，产品没有磕碰、刮痕、开裂等异常，振动值等也均满足要求。

将电机风罩拆下，手动反向摇动风机，发现外风扇有轻微晃动现象。拆除风罩后试验，存在启动异音，如图2所示；拆除外风扇试验，启动异音消失，如图3所示。

图3　拆除外风扇试验

在故障电机上安装另一同型号外风扇进行试验，运行正常。由此可以得出结论：电机在启动过程中发出的异音音是由电机外风扇引起的。

2.2　外风扇检测

2.2.1外观检测

外风扇内面如图4所示。通过故障重现发现：风扇轴向没有晃动，圆周方向有幅度较小、无法检测具体数值的轻微晃动。经三坐标检测，外风扇尺寸是合格的。

图4 外风扇内面

2.2.2内部检测

选取6个外风扇试件进行对比检验，试件说明如表1所示。

表1　试件说明

(1)X光检测

对6个外风扇试件进行X光检测与分析，检测结果如图5所示。

图5　外风扇X光检测结果

通过X光检测可以看出：风扇质量与制作批次有一定关系；正常装配与拆卸、加热不会对外风扇质量造成影响；验证性破坏敲击的试件有填充不充分现象，但结合敲击位置分析，无法判定缺陷是由试件本身质量导致还是由破坏性敲击导致；根据《GB/T 11346-2018 铝合金铸件射线照相检测缺陷分级》，故障风扇的缺陷等级为6级，不符合GB/T 9438-1999的规定；其他风扇铸件的气孔缺陷等级均小于5级，符合标准规定。

(2)剖切检测

选取本次故障风扇(A1001)、与故障风扇同风机风扇(A1002)、多次装配后人工破坏性敲击铸铝面的风扇(A1005)三个试件进行剖切，剖切方案如图6所示。试件剖切对比如表2所示。

图6　剖切方案示意图

表2　试件剖切对比

3　故障分析

3.1　故障机理

3.2　外风扇结构分析

外风扇采用了铝合金叶面加嵌钢套的结构形式，其中钢套外缘带矩形槽结构，铝合金和钢套铸成一体。外风扇结构如图7所示，钢套设计如图8所示。

图7　外风扇结构图

图8　钢套设计示意图

铸造铝合金叶面+钢套结构在电机行业使用普遍，是一种成熟可靠的结构。

(1)高温铸造完成后，整体冷却。由于铝合金的线胀系数是钢材的2倍左右，因此当外风扇冷却后，铝合金部分可将钢套紧紧箍住。

(2)外风扇的冷却条件较好，升温幅度不大，在10k以下。

(3)该结构被广泛应用于各种产品，一些大型受力部件也是采用这种结构，如高压大电机的外风扇、机车上风机负载(外风扇)等。

3.3　故障原因分析

产生外风扇工作异常的原因主要有以下3个。

(1)外风扇有铸造缺陷，导致叶面和钢套啮合不足。

(2)在外风扇装配过程中，风扇叶面意外受力导致轻微缺陷。

(3)外风扇在运行过程中，长时间受离心力、扭力等复杂作用力影响，使微小缺陷逐步扩大并累积，最终导致晃动问题。

4　总结

根据故障分析及外风扇检测分析得出以下3个结论。

(1)故障外风扇本身存在质量缺陷，是导致外风扇晃动进而产生风机异音的根本原因。

(2)外风扇结构较为成熟。电机正常运行时，外风扇只受离心力作用，即使存在晃动也不会对风机正常运行造成影响。外风扇有矩形槽结构和挡圈紧固，不会出现松脱现象，不会影响行车安全，但会存在瞬时噪音异常。

(3)加强外风扇的制作过程品控并在装配前增加外风扇手检的环节，确保产品质量，可有效降低故障率。

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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

张进煌(1981—)，男，福建龙岩人，大学本科，助理经济师，主要研究方向为电机质量技术。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：唐琦军