董振興

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

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高速立式電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計算分析及動平衡問題處理

董振興

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

高速立式電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性使電機(jī)轉(zhuǎn)子在動平衡中出現(xiàn)問題，結(jié)合從事電機(jī)制造與研發(fā)工作的實踐經(jīng)驗，從電機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡發(fā)生的問題及臨界轉(zhuǎn)速計算入手展開分析，介紹處理過程及結(jié)果，供廣大同行參考。

高速立式電機(jī)；轉(zhuǎn)子；臨界轉(zhuǎn)速；動平衡

某項目電機(jī)為高速立式電機(jī)，軸承為一推兩導(dǎo)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子與軸承安裝時須先將軸承內(nèi)的軸套熱套到相應(yīng)軸臺上，再裝配軸承。此轉(zhuǎn)子由于部分軸承部件(起支撐作用)須安裝在轉(zhuǎn)子上，結(jié)構(gòu)特殊，因此在臨界轉(zhuǎn)速計算中要考慮軸承部件影響。但是，由于高速立式電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，使得該電機(jī)轉(zhuǎn)子在動平衡發(fā)生多次問題，結(jié)合電機(jī)工作經(jīng)驗，對高速立式電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計算展開分析，提出動平衡問題的處理過程及處理結(jié)果。

1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動問題

電機(jī)轉(zhuǎn)子——軸承結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電機(jī)轉(zhuǎn)子——軸承結(jié)構(gòu)Fig.1 Motor rotor-bearing structure

此轉(zhuǎn)子在總裝前須將軸承內(nèi)的軸套熱套到相應(yīng)軸臺上，如圖3所示。按以往電機(jī)生產(chǎn)制造經(jīng)驗，將動平衡支撐位置選在如圖2所示位置。進(jìn)行動平衡后，平衡精度達(dá)到G1級。平衡后，整機(jī)進(jìn)行了空載試驗，發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動異常激烈，最大振動值超過20 mm/s。為找到振動原因，先將電機(jī)拆檢，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡精度檢測，檢測結(jié)果合格，但此時發(fā)現(xiàn)，初始動平衡支撐位置與軸套熱套軸臺的同軸度偏差了0.2 mm，按此偏差結(jié)合轉(zhuǎn)子重量計算，動平衡結(jié)果嚴(yán)重不合格，現(xiàn)場決定返修處理。修理過程：將初始動平衡支撐位置進(jìn)行加工，修復(fù)同軸度，修復(fù)后重新進(jìn)行動平衡，平衡精度G1級。平衡后，整機(jī)再次進(jìn)行空載試驗，發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動有所降低，但最大振動值依然很高，達(dá)到12 mm/s。再次進(jìn)行電機(jī)拆檢，對定子同軸度、電磁結(jié)構(gòu)等進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)振動原因。經(jīng)研究討論，猜測原因可能是由于軸承的特殊結(jié)構(gòu)引起，將軸套熱套在轉(zhuǎn)子上，將軸套外徑作為支持臺進(jìn)行轉(zhuǎn)子平衡，此時發(fā)現(xiàn)不平衡量高達(dá)100 g(按直徑600 mm計算)，修復(fù)后，動平衡精度達(dá)到要求。將電機(jī)重新進(jìn)行裝配，進(jìn)行整機(jī)試驗，試驗結(jié)果：振動值最高為2.3 mm/s，滿足要求。

圖2 動平衡支撐位置圖Fig.2 Dynamic balance support position diagram

圖3 動平衡支撐位置圖Fig.3 Dynamic balance support position diagram

2 臨界轉(zhuǎn)速計算

模型建立時將軸套以實體單元方式建立，與軸剛性連接處理，軸承單元直接支撐在軸套上，而非直接支撐在軸上。軸采用beam單元建立有限元模型，轉(zhuǎn)子鐵心部分質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量采用mass單元附加在軸上，軸套采用solid實體單元模擬，支撐處軸承采用combin單元模擬，計算時考慮軸套的影響，網(wǎng)格劃分如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)子模型網(wǎng)格劃分Fig.4 Mesh generation of rotor model

分別針對不同轉(zhuǎn)速下的支承剛度(表1所示)進(jìn)行迭代計算，計算時考慮陀螺效應(yīng)，繪制坎貝爾圖，1階臨界轉(zhuǎn)速振型如圖5所示，前2階臨界轉(zhuǎn)速計算結(jié)果如表2所示。

表1 軸承參數(shù)

圖5 臨界轉(zhuǎn)速振型(1階)Fig.5 Critical vibration mode (order 1)

表2 臨界轉(zhuǎn)速計算值

3 結(jié)語

本文筆者結(jié)合以往的電機(jī)制造經(jīng)驗，對電機(jī)的動平衡支撐位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并采取整機(jī)測試的方法，測得最高振動值，以解決此電機(jī)的異常振動問題。同時，通過對高速立式電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計算分析，也更為清楚的認(rèn)識到此軸承的特殊結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速所帶來的影響。在今后電機(jī)的研制與設(shè)計上，可以針對特殊的軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的模型處理，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行更加準(zhǔn)確的臨界轉(zhuǎn)速仿真計算，從而盡可能的將轉(zhuǎn)子軸伸長度控制在安全合理的范圍之內(nèi)。也希望通過本文的粗淺闡述，能夠為廣大的電機(jī)同行在今后高速立式電機(jī)的研發(fā)與制造過程中提供有益的幫助與建議，不斷的提升我國高速立式電機(jī)的制造水平，滿足現(xiàn)如今高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會對高品質(zhì)、高質(zhì)量電機(jī)的迫切需求，更好提升國內(nèi)電機(jī)市場的占有率，促進(jìn)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。

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Calculation and analysis of rotor critical speed of high speed vertical motor and treatment of dynamic balance

DONG Zhen-xing

(Jiamusi Electric Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

The speciality of the high-speed vertical motor structure causes the motor rotor to have problems in the dynamic balance. Combined with the practical experience of the motor manufacturing and R & D work, the problems of the dynamic balance of the motor rotor and the calculation of the critical speed are analyzed for reference.

High speed vertical motor; Rotor; Critical speed; Dynamic balance

2017-03-14

董振興(1985-)，男，中級工程師，本科。

TH113

A

1674-8646(2017)10-0008-02