风机系统振动分析

风机系统振动分析云南 曲靖 双友钢铁 机动部 黄兆荣 摘要：本文讲述了电动机磁力中心窜动、风机系统的组成、振动原因和处 理方法。关键词：磁力中心 振动 电磁力 风叶Vibration analysis of fan system. Yunnan qujing xinchuang mobile department huang zhao rong.Abstract: this paper describes the composition, vibration cause and treatment of the motor magnetic center, the fan system.Key words: magnetic center vibrating electromagnetic wind blade.一、慨述：风机系统的组成：本风机系统由高压电动机、润滑系统、轴承座和风机组成，照片如下：!8高压电动机是交流异步电动机，型号是YKK450-6-W，功率315KW，电流24.6A，电压10KV，转速991r/m，绕组Y，绝缘等级F。鼓风机的型号是Y4-73-11NO19，风量 175000m3/h，全压 4.3KPa。炼铁厂的助燃风机系统风机两边的振动大，靠近电动机一边的壳体振动达到34 61mm/s，J j 11-ALJ.此：权*进气口一边外壳振动是0.38.0mm/s，说明两边壳体的所受力量是不一样， 振动频率也不一样。二、振动现象：电动机与风机的两个连轴器连接棒更换一周左右后，电动机 轴承座和风机的振动开始就大起来了，换了连轴器连接棒后，振动就会小一些， 运行记录表如下：从运行记录表可以看到：电动机、风机的轴向振动都大，水平和垂直方向的 振动相对而言要小一些，那么，是不是就是轴向的原因引起的振动大呢？仔细检查后，发现轴承座的座子与水泥基座振动间隙有点大，运行中发现两 个连轴器之间的间隙很小，而且连轴器之间的连接棒摩损大，噪音也大，安装调 试间隙符合要求，运行一定时间间隙会减少。用听针听轴承的运行声音情况，没 有大的异常，只是风机端振动有点大。三、分析：风机端振动有点大的原因有，1、风机振动大：风机振动大有A、风叶沾上灰尘，使叶轮各处离心力大小不同，以风机轴为中心两端受力 （力矩）不平衡，产生振动，不平衡力矩越大，振动就越大，噪音也就大。B、风叶轮与介质摩擦，摩擦使电磁力变化增大，摩擦越剧烈，电磁力变化 就越大，引力、斥力变化也就越大。引力使介质物质吸到叶轮上，使叶轮平衡破 坏，斥力大，使叶轮本身的物质失去，就是摩损。物体没有摩擦时也有变化的电 磁力，因为有热运动，运动都有摩擦，所以摩擦使电磁力变化增大，若介质与叶 轮之间没有引力和斥力的作用，介质物质之间没有引力和斥力的作用，那么叶轮 旋转时就不会有介质的流动，叶轮就不会做功了。叶轮摩擦后的情况如下照片：一切物体、物质都是电磁体，电磁体之间互相作用是电磁力的作用。摩损后 动平衡被破坏，当然就会发生振动。C、流体的流动状态发生改变，由于管道与介质有相对运动，也有摩擦，电 磁力变化也会增大，引力、斥力变化也增大，引力增大，管道吸引介质就增多， 堆积在管道壁上增多，管道壁内的阻力发生变化，斥力的作用与引力相反，斥力 使堆积在管道壁上的物质减少，阻力相对减少。气体（流体）在直管道流动时，速度达到一定数值时，流体的流动状态会发 生改变，摩擦力发生大的改变，噪音、发热量、电磁力变化增大。气体（流体）在一定直管道流动是层流状态，摩擦力是最小的，若遇到弯头， 流动状态由层流到紊流的改变，摩擦力增大，弯头之间的直管道没有 10倍以上 管径，流动状态不会变成层流的，在原来的摩擦基础再加大，噪音继续加大，电 磁力变化加大，引力和斥力变化也加大，导致管壁振动增大，形成喘振，若气体 的振动频率与风机壳体的振动一致时，形成共振。继续摩擦，共振频率会变化， 离开共振频率，共振消除。弯头越多，摩擦力越大，共振力量越大。流体（介质） 不但与管道的管壁有摩擦力，流体物质之间同样有摩擦力。气体（流体）与风机叶轮即有引力，也有斥力。风机刚启动，风机的声音与 正常运行的不一样，是因为摩擦力变化还没有达到正常值，风量就小。当摩擦力 达到最大，引力和斥力变化也达到最大值，形成喘振和共振。弯头处振动最大， 直管道振动小。D、风机座松动，但本系统风机座没有松动。E、风叶的面积发生改变，F = P*mP：压力，单位面积上的力 m：面积 该面积不会变化大，压力或压差有变化。叶轮分为一面进气和双面进气两种，双面进气的叶轮能很好克服进、出气引 起的不平衡力。进气引起的不平衡力对一面进气叶轮影响比双面的影响大，这个 影响只能靠风叶本身来克服。2、高压电动机，该系统的高压电动机是鼠笼式，有自通风冷却系统。所 有电动机都有定子、转子、轴承、前、后端盖和冷却系统组成。低压电动机 的定子，如下。转子是转动的部分，低压电动机的转子照片如下:高压电高动机绕组是型圈，线经粗。高压电机的电压高（10KV），所以绝缘 要求。该交流异步电动机的转子绕组是鼠笼型，鼠笼型结构较为简单，由合金铝 浇注人转子铁心槽内并由两端端环短接而成；高压电动机运行时，转子会有延轴线窜动。是电动机的磁力中心线波动的结 果，转子的延轴线窜动 比低电压电机大一些，所以低电压电机转子延轴线窜动 小被人怱略了，实际上低电压电机转子延轴线窜动也是有的。电机的磁力中心线 ：电机单机运行时的轴向位置 ，就是磁力中心线的位置， 是转、定子铁芯对齐，电动机的磁场体现在定子和转子的间隙处（气隙磁场）， 在某一个位置，气隙磁场的磁力线全部垂直于转轴，没有轴向分量，该位置称为 磁力中心线。磁力线有轴向分量，没有限制条件的情况下，转子会延轴线窜动， 窜动厉害时转子会撞上外壳，造成电机损坏。连轴时如果没有校正磁力中性线， 电机和所驱动的机械都承受一个轴向力，损害设备。制造厂在电机出厂前，标定 了电机磁力中心线的位置，一般规定偏离量不大于1mm，偏移量过大则出现窜动， 会损害电机轴瓦和电动机带动的设备。磁力中心线有两个含义：磁场轴向和磁场气隙均匀性对称性，磁场气隙不均 匀主要和定、转子偏心、转子轴弯曲相关。磁场轴向对称性是指，三相磁场的磁 力线在某一位置全部垂直于转轴，无轴向分量。对于两端滑动轴瓦、轴承支撑型 式的电机，需注意磁场轴向对称性，防止“磁力中心线不对中”问题。转子笼条的轴向几何中心和电机定子铁芯应该重合，若磁力线存在轴向分 量，无限制条件的情况下，转子在磁场作用下向磁场中心移动，在联轴器拉力作 用下反向移动，形成轴向的往复运动。磁力中心线不对称会导致轴向窜动偏大。定子的直段磁场对用转子铁芯有电磁力的作用，那么定子两端不在线槽中的线圈同样会产生磁场，是不是也要对转子铁芯有电磁力的作用呢?就是照片看到的，用白线扎好的部分线圈，不论是高压电机还是低压电机,两端都有这一部分线圈。这一部分线圈对转子铁芯当然有电磁力的作用，这个电 磁力的作用使转子铁芯也会有延轴线窜动。若联轴器的两个靠背轮的间隙小（35mm），那么转子铁芯延轴线窜动就 是一个振动源，35mm是用来抵消转子铁芯线窜动，振动就不会影响到风机。F面的照片就是联轴器的两个靠背轮的间隙很小了，该电机是低压电机，功率相比高压电机来说小。联轴器的联轴棒变形了，如下照片:一些弹性圈已经烂了，可想而知振动的情况。3、润滑系统：润滑指加油脂润滑物质以减少物体之间的摩擦，使物体有利 于运动。润滑剂有减少摩擦系数、传递动力、防锈、密封、增加散热效果等作用, 利用润滑剂能显著提高设备使用寿命和性能，减少能源损耗。润滑剂：相对运动物体加入第三种物质，降低摩擦、减少磨损和阻力。 润滑剂分为：A、流体润滑：润滑剂是流体，有a、气体润滑，如空气、氮气、一氧化碳等。b、液体润滑，如矿物润滑油、水基液体、合成润滑油等。B、半固体润滑，滑剂为半固体，由稠化剂和基础油组成的塑性润滑脂。C、固体润滑：润滑剂为固体，如石墨、聚四氟乙烯、尼龙等。本风机系统是用液体润滑剂和半固体润滑剂两种。轴承座是液体润滑剂，液体润滑剂有液位观察镜，用于观看润滑油的多少。电动机用的是半固体润滑剂，有加油孔，用于加油。润滑剂使用：针对不同的材料，选择不同的润滑剂。润滑剂使用量要适中， 少了不够润滑，起不到润滑作用，摩擦力没有减少到最小。多了，增大了摩擦， 发热量会增大。摩擦：是两个接触物体表面在力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势 时，在接触面之间产生的切向运动阻力为摩擦力。摩擦使发热量增多，温度升高, 发热温度高到一定值就会发光，噪音增大。摩擦会发生振动，若摩擦产生的频率 与设备的频率接近或相等时就会发生共振，共振破坏力很大，会损坏设备，一定 防止设备共振。轴承的温度不能越过70度，测量轴承的温度测温仪是红外线测 温仪。红外线测温仪：温度在绝对零度以上任何物体，都会因自身的分子运动而辐 射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号，处理电信号 转换温度数字显示出来。大型风机系统都有轴承冷却系统，本风机系统是水冷却，从而保证轴承的温 度不会超过70度，水冷却的水是低进高出。进气管、风机、出气管气体流动情况，风机在开车情况下，进气管的压力是 低于大气压，单位体积的气体物质减少，风机表现为引力，气体与管壁的摩擦力 比出口小，温度低，摩擦的噪音，管道振动都小。越靠近风机叶轮流体流动变化 越大，是紊流，摩擦更严重，发热量更大。风机叶轮周围的外壳与气体摩擦最为严重，正压力是高于大气压的正压力，单位 体积的物质增多为斥力，把气体排斥出去，大家说是离心力将气体甩出去的。设 备的外壳振动也是最大，用手触摸外壳，从左到右，振动两边基本没有振动，中 间的振动最大，用听针听摩擦噪音，声音是混重的低音，声音的声量很大，说明 是严重的紊流气体，摩擦发热量最大。控制流量阀门前、后的噪音、温度、振动 都不一样，后面大。出气管，靠近风机的振动、噪音大。在设计、安装设备时一定考虑设备振动、 摩擦的问题，防止共振。出气管道是流线型，流体流动阻力少，振动也就小。4、管道阻力大：该风机系统管路介绍，空气通过进气口，一个弯头到风机，风机出口一个弯头，经过八个弯头才达到热风炉，八个弯头在管道长度四十米内，流体的变化是非常激烈的，噪音也是非常大的，阻力也是很大的。5、基础若不牢固，不平整：有些基础不扎实，不平整，风机、电动机产生 的振动没能被大地吸收，这些基础都是不稳定，抗震性差。四、故障处理：1、风机处理：拆开风机盖，风叶上沾有介质物质，要清理干净。2、风机的阀门开度要适度。阀门小到一定程度，风机系统会共振。3、做动平衡：是现场不拆风机罩，就在原架子上做。A、定位：在轴、轴承座、风机找同一条水平线，将反光纸沾贴在轴的水平 线上，用于测量速度，测量振动的传感器装在靠近风机的轴承座上，测量轴的周 长，轴的一周是360度，算出每度多少的长度J。B、启机，测量初始值，有速度值和振动值，存贮在测量仪器中。转速998r/min,振动幅度是198um，测量完毕，停机。C、将初始平衡铁（50g）焊接在风机的水平线上，再开机，测量有初始平衡铁 的转速和振动值，存贮在测量仪器中，测量仪器根据这个数值计算出需要的平衡铁的质量和位置。用天平称一块质量的平衡铁和焊条等于要求数值，在要求位置焊接好。位置测量 仪器给出的是角度，在与转速方向一致，计算出角度长度数值，在轴上测量出长 度值就是对应的角度，将平衡铁和焊接在这个位置即可。D、焊接好后，再开机测量振动，振动数值就一定会下降要求的数值，振动幅度 达到要求。4、检查轴承、轴承座、地基情况。五、防止办法：设计时优化设备布置，安装时，合理布置管道走向。六、结记论：风机系统振动大的故障已处完毕。振动幅度值达到要求。七、感谢各位同事的支持和帮助八、参考文献：1、红外线测温仪说明书，北京时代光南科技有限公司2、动平衡现场测试仪说明书3、电机原理与应用-（第二版）编著者张盛智中国电力出版社2014年1月4、流体力学（上、下），吴望一编著，北京大学出版社，1982，第一版。