遲威，侯濤，馮衛(wèi)東

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

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風(fēng)機(jī)振動(dòng)的分析及措施

遲威，侯濤，馮衛(wèi)東

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

兩臺風(fēng)機(jī)在調(diào)試過程中出現(xiàn)振動(dòng)問題，經(jīng)過振動(dòng)測試后，發(fā)現(xiàn)引起兩臺風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因各不相同。根據(jù)各振動(dòng)的情況，對兩臺風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了處理，取得了良好的效果。由此可見，整個(gè)風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試、原因分析、處理思路清晰、診斷準(zhǔn)確、處理及時(shí)，值得處理同類振動(dòng)問題借鑒。

不平衡；結(jié)構(gòu)共振；拍振；風(fēng)機(jī)

0　引言

核電站安全殼空氣過濾系統(tǒng)VFS-01A/01B風(fēng)機(jī)配套電機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)都很小，不超過1.5mm/s。但是與風(fēng)機(jī)連接后帶載運(yùn)行時(shí)，同類型的兩臺風(fēng)機(jī)(01A，01B)都出現(xiàn)振動(dòng)問題，而且振動(dòng)現(xiàn)象各不相同。01A電機(jī)振動(dòng)超過了廠家要求限值，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)接近廠家要求限值，但已超過國標(biāo)限值；01B電機(jī)非驅(qū)動(dòng)振動(dòng)明顯有些大，非常接近了國標(biāo)限值。制約后續(xù)調(diào)試工作，因此需要對風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題深入分析，通過采取不同的措施來解決，減少振動(dòng)。

1　風(fēng)機(jī)情況、測點(diǎn)布置及振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

1.1風(fēng)機(jī)情況

VFS安全殼送風(fēng)空氣處理單元風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，電機(jī)和風(fēng)機(jī)之間通過皮帶輪連接，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1475rpm。風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2900rpm。其中，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂結(jié)構(gòu)，葉輪布置在風(fēng)機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承的外側(cè)。

1.2測點(diǎn)布置

采用便攜式測振儀監(jiān)測風(fēng)機(jī)振動(dòng)，測點(diǎn)布置在風(fēng)機(jī)和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承垂直和水平方向。

1.3振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)AMCA 204—96 風(fēng)機(jī)應(yīng)用類BV—3中表6.4要求，裝配在彈簧隔離器上的彈性支撐風(fēng)機(jī)振動(dòng)不應(yīng)超過8.8mm/s。

依據(jù)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)限值參考標(biāo)準(zhǔn)是“JB/T 8689—1998通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測及其限值”[1]，根據(jù)風(fēng)機(jī)彈性支撐特性，風(fēng)機(jī)振動(dòng)不應(yīng)超過7.1mm/s。可見國標(biāo)比廠家給的標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，現(xiàn)場執(zhí)行時(shí)一般以國標(biāo)為準(zhǔn)。

2　風(fēng)機(jī)振動(dòng)測試

2015年7月4日采用便攜式測振儀對安全殼送風(fēng)空氣處理單元01A/01B的振動(dòng)情況進(jìn)行測試，此次測試的工況為帶載運(yùn)行，振動(dòng)結(jié)果分別如表1、表2所示。

表1　VFS-01A風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)(帶載)　單位：mm/s(速度有效值)

表2　VFS-01B風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)(帶載)　單位：mm/s(速度有效值)

3　振動(dòng)原因分析

綜合表1、表2中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，VFS-01A風(fēng)機(jī)振動(dòng)主要集中在電機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端；VFS-01B風(fēng)機(jī)振動(dòng)主要是電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平方向。由振動(dòng)數(shù)據(jù)和振動(dòng)發(fā)生的位置，判斷兩臺風(fēng)機(jī)振動(dòng)性質(zhì)不同，采取的措施也會(huì)不同，故單獨(dú)分析每臺風(fēng)機(jī)的振動(dòng)原因。

3.1VFS-01A風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因

從表1可以看出，主要是電機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)較大，經(jīng)查看風(fēng)機(jī)和電機(jī)振動(dòng)頻譜，如圖2、圖3所示，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)分量主要是47.9Hz，該頻率轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速為2874rpm，為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。

說明激振力主要是來源于風(fēng)機(jī)，首先應(yīng)對風(fēng)機(jī)側(cè)進(jìn)行檢查；其次電機(jī)單轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)合格，說明電機(jī)自身振動(dòng)并沒有問題。通過皮帶輪連接風(fēng)機(jī)，帶載運(yùn)行后，振動(dòng)超標(biāo)，不排除皮帶輪的連接狀況不佳導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)變大。

3.2VFS-01B風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因

根據(jù)電機(jī)空載時(shí)振動(dòng)很小，帶載后卻增大較多，而風(fēng)機(jī)振動(dòng)并不大，因此判斷電機(jī)的振動(dòng)不是由于風(fēng)機(jī)影響的，而是由于電機(jī)自身結(jié)構(gòu)共振造成的。影響結(jié)構(gòu)振動(dòng)的基本因素[2]。

(1)通常軸承座、支架、定子等固定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)大小與激振力成正比，與結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度成反比。在激振力一定的情況下，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幅值取決其動(dòng)剛度的大小。

(2)對于具體的結(jié)構(gòu)而言，共振劇烈程度與結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度和共振源發(fā)出的能量大小有關(guān)。剛度較大時(shí)，即使激振力相對較大，但振動(dòng)可能不是很大；但剛度太差時(shí)，很小的激振力會(huì)產(chǎn)生較大的共振振幅。

(3)結(jié)構(gòu)共振是指軸承座、轉(zhuǎn)子、基礎(chǔ)以及管道系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)部件的固有頻率與轉(zhuǎn)速頻率，或其整數(shù)倍頻率相同或接近時(shí)，造成這些結(jié)構(gòu)振動(dòng)劇烈的現(xiàn)象。任何一個(gè)固定結(jié)構(gòu)都有其固有的自然頻率，盡管在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要求其固有頻率與工作轉(zhuǎn)速以及工作轉(zhuǎn)速兩倍頻率有一定的避開范圍。但由于種種原因，如結(jié)構(gòu)固有頻率計(jì)算中?；瘏?shù)的偏差，或結(jié)構(gòu)的實(shí)際安裝條件與設(shè)計(jì)值的偏差，或結(jié)構(gòu)材料的老化等，都可能造成結(jié)構(gòu)固有頻率的變化。固有頻率一旦落入工作轉(zhuǎn)速及其整數(shù)倍轉(zhuǎn)速范圍，則產(chǎn)生共振。

3.3兩臺風(fēng)機(jī)共有的振動(dòng)特征

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)兩臺風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)的振動(dòng)有小幅波動(dòng)，如圖4所示，而風(fēng)機(jī)側(cè)振動(dòng)較穩(wěn)定些。一般來說，對于這種小型設(shè)備，造成振動(dòng)波動(dòng)的主要原因還是由于連接方面的因素。

另外也可能與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，致使電機(jī)產(chǎn)生拍振，即振動(dòng)頻率相近的兩種振動(dòng)的疊加。兩個(gè)頻率相差很小的簡諧振動(dòng)，其合成后的復(fù)合振動(dòng)仍可似為簡諧振動(dòng)，但振幅隨時(shí)間作周期性變化，有時(shí)增大，有時(shí)減小[2]。

VFS風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1475rpm，由于是兩級電機(jī)，可能產(chǎn)生2950rpm的二倍頻振動(dòng)諧波分量，而風(fēng)機(jī)傳遞給電機(jī)的振動(dòng)頻率是47.9Hz，相當(dāng)于2874rpm，這樣會(huì)因?yàn)閮H相差76rpm，容易產(chǎn)生相近頻率的拍振，造成電機(jī)振動(dòng)不穩(wěn)定。

4　振動(dòng)處理方法

根據(jù)振動(dòng)分析的原因，分別對VFS-01A/01B風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行處理，對可能引起振動(dòng)的各部件進(jìn)行逐一排查。

4.1VFS-01A風(fēng)機(jī)振動(dòng)處理

(1)風(fēng)機(jī)外殼部位：風(fēng)機(jī)無喘振現(xiàn)象；檢查風(fēng)機(jī)外殼連接部位，無松動(dòng)情況，但發(fā)現(xiàn)出口管道軟連接是被拉直的(見圖5)，起不到緩沖作用，后重新制作軟連接，使其達(dá)到緩振的作用；對各焊縫進(jìn)行檢查，無開焊情況；葉輪與蝸殼裝配正常。

(2)葉輪部位：沒有發(fā)現(xiàn)連接有松弛現(xiàn)象；風(fēng)機(jī)內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)異物，也無腐蝕與磨損(失衡葉輪)；葉輪轉(zhuǎn)向正常。

(3)軸及軸承：用百分表在風(fēng)機(jī)軸承附近露軸處檢查，跳動(dòng)小于0.05mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；墊片連接無松動(dòng)現(xiàn)象；同時(shí)對油脂進(jìn)行了更換。

(4)皮帶及皮帶輪：皮帶輪沒有損壞；皮帶超負(fù)荷或燒損也沒有發(fā)生；復(fù)查對輪中心，符合廠家運(yùn)行維護(hù)手冊要求；對皮帶輪槽均勻性進(jìn)行了復(fù)查，結(jié)果正常；調(diào)整皮帶緊力使其滿足廠家運(yùn)行維護(hù)手冊內(nèi)的要求。

(5)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和減震裝置：風(fēng)機(jī)和支架振動(dòng)存在一定的差別，但檢查未發(fā)現(xiàn)連接松弛情況；基礎(chǔ)振動(dòng)在1mm/s左右，非常??；檢查發(fā)現(xiàn)4個(gè)腳支撐彈簧型號不完全一樣(見圖6)，要求換成一樣的；用水平尺在風(fēng)機(jī)外殼和支架上檢查，水平度符合要求；對各部件檢查都是正確對準(zhǔn)的。

(6) 動(dòng)平衡處理：經(jīng)過上述檢查處理后，振動(dòng)仍然超標(biāo)?？紤]風(fēng)機(jī)的振動(dòng)是以一倍頻為主，決定對風(fēng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡處理。幾次平衡后，風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯減少，小于3 mm/s，具體數(shù)據(jù)見表3，效果良好，可以投入后續(xù)試驗(yàn)工作。

表3　VFS-01A風(fēng)機(jī)處理后軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)　單位：mm/s(速度有效值)

4.2VFS-01B風(fēng)機(jī)振動(dòng)處理

防止結(jié)構(gòu)共振最有效的方法是在設(shè)計(jì)階段予以充分考慮，使結(jié)構(gòu)的固有頻率與工作轉(zhuǎn)速下的基頻和二倍頻有較大的避開范圍。

對已投運(yùn)的設(shè)備應(yīng)從以下幾方面入手：①檢查部件有無裂紋、脫焊、連接不良等情況；②采用增加支撐等措施，改變結(jié)構(gòu)的固有頻率；③提高轉(zhuǎn)子平衡精度，減小激振力以降低共振峰值[2]。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)皮帶護(hù)罩與支架有接觸，這是支架共振的原因，從而導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)大，見圖7；經(jīng)調(diào)整留出間隙，見圖8。電機(jī)起動(dòng)后，振動(dòng)數(shù)據(jù)明顯下降，見表4。

5　測試結(jié)果

兩臺風(fēng)機(jī)的振動(dòng)原因是不同的，要采取的措施也是不一樣的。

01A風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主要原因是由于安裝時(shí)出口管道軟連接被拉直，起不到緩振作用，還有皮帶罩殼安裝時(shí)曾被撞變形，校正后仍有一定程度的應(yīng)力，以及更換彈簧后各地腳承受載荷不均等多種原因造成的。在對風(fēng)機(jī)進(jìn)行徹底檢查后，如振動(dòng)是以一倍頻為主，可用動(dòng)平衡的方法降低振動(dòng)。

01B風(fēng)機(jī)的振動(dòng)原因是結(jié)構(gòu)共振。電機(jī)空載時(shí)振動(dòng)不大，而帶載后振動(dòng)增大，同時(shí)風(fēng)機(jī)振動(dòng)又不大，是判斷電機(jī)結(jié)構(gòu)共振的主要特征。

6　結(jié)語

本文通過對兩臺風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因的分析及采取措施，使風(fēng)機(jī)的振動(dòng)達(dá)到了要求。這是由于風(fēng)機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速相差兩倍，電機(jī)的二倍頻與風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻率接近，致使電機(jī)存在拍振現(xiàn)象，振幅不穩(wěn)定。這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮，如在不能改變轉(zhuǎn)速情況下，可通過動(dòng)平衡方法降低風(fēng)機(jī)振動(dòng)，而使風(fēng)機(jī)和電機(jī)整體振動(dòng)水平下降。

[1]JB/T 8689—1998，通風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測及其限值.

[2]張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷，北京；中國電力出版社，2008；326-327,330,389.

[3]陳志江，陳揆能，陳凱陽.風(fēng)機(jī)用單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析.防爆電機(jī)，2014.6.

Analysis and Measurement for Vibration of the Fans

Chi Wei, Hou Tao, and Feng Weidong

(SanmenNuclearPowerCo.,Ltd.,Sanmen317112,China)

For vibration problems occurred in adjustment process, vibration of two fans is measured. It is found that vibration reasons of the two fans are not the same one. According to the vibration situation, vibration problem of the two fans are disposed and effective result has got. This shows that the vibration test for whole fans has advantages of clear reason analysis and treatment idea, accurate diagnosis, timely treatment, and it can provide reference for treating the same problem.

Unbalance；structure resonance；beat vibration；fans

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.04.15

TM301.4+2

B

1008-7281(2016)04-0044-004

遲威男1967年生；畢業(yè)于華中理工大學(xué)，工程碩士，現(xiàn)從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)處理等工作.

2016-04-22