一种电机轴承电蚀动态评估报警方法与流程

本发明涉及电机状态监测与故障诊断，具体涉及一种电机轴承电蚀动态评估报警方法。

背景技术：

1、随着变频器在风力发电、工业驱动等领域的广泛应用，变频驱动电机中由逆变器开关产生的共模电压通过电机寄生电容耦合至转轴，在轴承内外圈之间形成轴电压。当轴电压积累到一定幅值时，会击穿轴承滚动体与滚道之间的润滑油膜，产生瞬时放电，导致滚道表面出现电蚀麻点和洗衣板纹，加速轴承疲劳失效。

2、目前，行业内普遍采用固定电压阈值判定法来评估轴承电蚀风险。该方法的基本原理是：测量轴电压幅值，将测得的轴电压值与基于大量统计数据确定的经验阈值比较，当轴电压超过经验阈值时判定存在电蚀风险。然而，固定电压阈值判定法存在明显的局限性。

3、第一，经验阈值基于大量不同型号轴承的统计平均值确定，对于滚动体半径较小的微型轴承，即使轴电压未超过经验阈值，由于滚动体与滚道之间的接触区域和油膜厚度较小，油膜实际承受的电场强度可能已经超过润滑油的耐压极限而发生放电，造成漏报；对于滚动体半径较大的大型轴承，即使轴电压超过经验阈值，由于油膜厚度较大，油膜实际承受的电场强度可能仍低于润滑油的耐压极限，造成误报。

4、第二，固定电压阈值无法反映油膜厚度随运行工况变化的动态特性。电机运行过程中，润滑油油膜厚度受转速、轴承温度、径向载荷等运行参数的影响而实时变化，转速升高或温度降低时油膜厚度增大，相同轴电压下油膜电场强度降低，放电风险随之降低；反之，转速降低或温度升高时油膜厚度减小，放电风险随之升高。固定阈值不区分上述工况差异，无法实现动态跟踪。

5、第三，固定电压阈值未考虑润滑油随使用时间增长而发生的老化劣化问题。润滑油长期使用后，其击穿场强会因氧化、污染和含水量增加而显著下降，相同工况和相同轴电压条件下，老化润滑油的放电风险明显高于新油，固定阈值无法反映这一变化。

6、实际上，轴承是否发生电击穿放电的物理本质是：滚动体与滚道之间油膜承受的电场强度是否超过了当前润滑油的击穿场强。因此，如何建立一种能够根据轴承几何参数和运行工况动态计算油膜电场强度、并与随温度和老化状态变化的润滑油击穿场强比较的电蚀风险评估方法，从而适应不同型号轴承和不同运行工况，降低误报率和漏报率，是当前电机轴承状态监测领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电机轴承电蚀动态评估报警方法。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电机轴承电蚀动态评估报警方法，包括：

3、步骤s1：采集所述电机轴承的几何参数以及轴承材料的弹性模量和泊松比，并且建立润滑油击穿场强随温度和老化时长变化的击穿场强函数；

4、步骤s2：采集所述电机的实时运行工况参数，所述实时运行工况参数至少包括轴电压、转速、轴承温度和径向载荷；

5、步骤s3：基于所述几何参数和所述弹性模量计算当量曲率半径和当量弹性模量，结合所述实时运行工况参数中的转速、轴承温度和径向载荷，按照弹流润滑理论的油膜厚度经验关联式计算当前最小油膜厚度；

6、步骤s4：将所述实时运行工况参数中的轴电压除以所述最小油膜厚度，获得油膜电场强度；将所述轴承温度和润滑油当前老化时长代入所述击穿场强函数，获得当前润滑油击穿场强；将所述油膜电场强度与所述当前润滑油击穿场强之比作为风险系数；

7、步骤s5：将所述风险系数与预设的分级阈值比较以输出对应等级的报警信息，并且根据所述风险系数的历史序列计算累计损伤指数，当所述累计损伤指数超过预设损伤阈值时输出检修提示。

8、进一步地，所述步骤s1中，所述几何参数包括滚动体半径、内圈滚道曲率半径、外圈滚道曲率半径、轴承平均直径和滚动体有效接触长度。

9、进一步地，所述步骤s1中，所述击穿场强函数的表达式为：

10、；

11、其中，为为润滑油击穿场强，为击穿场强函数，为轴承温度或润滑油温度，为润滑油使用时长或等效老化时长；所述击穿场强函数通过对同一型号润滑油在多组温度和老化时长条件下测试击穿场强并拟合获得。

12、进一步地，所述步骤s3中，分别计算内圈接触处当量曲率半径和外圈接触处当量曲率半径，所述内圈接触处当量曲率半径的计算公式为：

13、；

14、所述外圈接触处当量曲率半径的计算公式为：

15、；

16、其中，为滚动体半径，为内圈滚道曲率半径，为外圈滚道曲率半径，为内圈接触处当量曲率半径，为外圈接触处当量曲率半径；分别基于所述内圈接触处当量曲率半径和所述外圈接触处当量曲率半径计算内圈接触处最小油膜厚度和外圈接触处最小油膜厚度，取二者中的较小值作为所述最小油膜厚度：

17、，其中，为内圈接触处最小油膜厚度，为外圈接触处最小油膜厚度，为最小油膜厚度。

18、进一步地，所述步骤s3中，所述当量弹性模量的计算公式为：

19、；

20、其中，为当量弹性模量，为当前最小油膜厚度，和分别为滚动体材料和滚道材料的弹性模量，和分别为所述滚动体材料和所述滚道材料的泊松比；所述油膜厚度经验关联式为hamrock-dowson线接触公式：

21、；

22、其中，为所述当量曲率半径；为无量纲速度参数，，为润滑油在当前温度和老化状态下的常压动力粘度，为卷吸速度；为材料参数，，为润滑油的粘压系数；为无量纲载荷参数，，为所述径向载荷，为滚动体有效接触长度。

23、进一步地，所述步骤s4中，所述轴电压采用预设采样时间窗内的轴电压峰值；所述油膜电场强度的计算公式为：

24、；

25、所述风险系数的计算公式为：

26、；

27、其中，为时刻的油膜电场强度，为时刻的风险系数，为采样时刻或时间变量，为当前采样时间窗内的轴电压峰值，为所述最小油膜厚度，为所述当前润滑油击穿场强。

28、进一步地，所述步骤s5中，所述分级阈值包括第一阈值、第二阈值和第三阈值，且；当所述风险系数时判定为安全状态；当且持续时间超过第一预设时长时输出关注提示；当且持续时间超过第二预设时长时输出放电风险报警；当时输出检修提示。

29、进一步地，所述步骤s5中，所述累计损伤指数的计算公式为：

30、；

31、其中，为截至第次采样的累计损伤指数，为第次采样时的所述风险系数，为第次采样的持续时间，为与轴电压波形特征相关的修正系数。

32、进一步地，所述步骤s5中还包括润滑油状态监测：将所述当前润滑油击穿场强与所述润滑油的新油标定击穿场强比较，当所述当前润滑油击穿场强低于所述新油标定击穿场强的预设百分比时，输出润滑油更换提示。

33、进一步地，所述步骤s5之后还包括数据记录与阈值修正步骤：将每次报警事件对应的时间戳、轴承编号、轴电压值、转速、轴承温度、所述最小油膜厚度、所述油膜电场强度、所述当前润滑油击穿场强、所述风险系数、报警等级和持续时间记入数据库；在积累预设数量的记录后，按相似工况对所述分级阈值执行统计修正。

34、本发明的有益效果如下：

35、本发明通过采集轴承几何参数并基于弹流润滑理论实时计算最小油膜厚度，将轴电压转换为油膜电场强度，以油膜电场强度与润滑油击穿场强之比作为风险系数，替代传统固定电压阈值判定，使电蚀风险评估从基于经验统计的粗放判定转变为基于放电物理本质的精准判定，普适性强，适用于不同型号和不同尺寸的轴承。

36、本发明将润滑油击穿场强建立为随温度和老化时长变化的函数，在评估过程中实时匹配当前润滑油的耐压状态，使风险系数能够动态反映转速、温度、载荷和润滑油老化等多因素对放电风险的综合影响，克服了传统固定阈值无法跟踪运行工况变化的缺陷，显著降低了误报率和漏报率。

37、本发明引入累计损伤指数量化轴承电蚀损伤的长期积累效应，结合分级报警机制，不仅能够实时识别放电风险，还能够基于历史放电记录预判轴承检修和润滑油更换时机，为电机运维决策提供定量化的数据支持。