风机振动的诊断分析-博天堂在线开户

对于旋转机械，比如泵、风机、汽轮机等，在运行过程中，设备的振动是一个非常重要的指标，而影响振动的诸多因素中，动平衡是最主要的因素之一。如果动平衡做的不好或者运行过程中动平衡遭到破坏，那么不平衡力就会作为动载荷，使设备产生振动增加，噪音增大等问题。   □1不平衡的产生 是否所有的转子都需要平衡？答案是肯定的。如果转子的质心与旋转中心不重合，就会产生不平衡力，不平衡力产生的基本原因： 1)设计与制造误差：比如零部件设计的不对称；铸件或者锻件有不加工的表面；主轴上的键槽；零部件的加工误差；装配件的间隙；焊缝不均匀等等。 2)材料的缺陷：比如铸件有气孔；材料密度不均匀；材料厚度不一致等。 3)加工与装配误差：批量生产的零件尺寸不一致；如装配件的间隙等。 4)转子紧固件的松动 5)零件变形：比如主轴长期放置导致的弯曲；加工件产生永久变形； 6)转子的积灰 7)转子的磨损或者腐蚀等 如果由于上面的原因造成转子不平衡量的产生，就会引起设备的振动增加，其频谱特征是一倍频有尖峰，就需要对转子重新做平衡。   □2转子平衡的原理 转子的平衡分静平衡和动平衡。 静平衡：在转子一个校正面上进行校正平衡，转子校正后的剩残余不平衡量在静态时小于许用不平衡量，静平衡又称单面平衡。 动平衡：在转子两个校正面上同时进行校正平衡，转子校正后的剩残余不平衡量在动态时小于许用不平衡量，动平衡又称双面平衡。 那么如何选择转子的平衡方式呢？ 选择平衡方式的原则：只要满足于转子平衡后用途需要的前提下，能做静平衡的，则不要做动平衡，原因很简单，静平衡要比动平衡容易做，省功、省力、省费用。 对于风机，其转子平衡可以根据标准jb/9101-2014进行，其规定采用静平衡的条件是： a)当最高工作转速低于1500pm，叶轮宽度与叶轮直径比值小于或等于0.2时； b)当最高工作转速高于1500pm，叶轮宽度与叶轮直径比值小于或等于0.1时； c)静平衡设备可以满足所要求的转子平衡等级的时候。 不符合上面要求的要做动平衡。 但通常，风机的平衡一般都采用动平衡。   □3平衡精度等级 通常，不同的转子由于用途不同，要求的平衡精度也不同，这不仅要考虑技术可行性，另外还要考虑经济性，因此要根据机械设备的型式、转速、经验等来选取合适的平衡精度等级。 平衡精度等级一般用g来表示，它是由转子质量偏心距e与转子的工作角速度ω之积来表示，见下面公式： g=eω/1000 g的单位为，如果把角速度换成转速n，那么g的计算公式如下： g=en/9550 式中： g：平衡精度等级，mm/s e:质量偏心距，&mico;m ω:角速度，ad/s n：转速,pm 平衡精度等级代表转子做平衡的精度要求，精度等级之间的公比为2.5，有以下等级：g4000、g1600、g630、g250、g100、g40、g16、g6.3、g2.5、g1、g0.4。 平衡精度等级的数字越小，平衡精度越高，其残余不平衡量越小。 通常，风机的平衡精度等级一般选择g6.3或者g4.0。   □4残余不平衡量 转子在完成平衡后，要核算残余不平衡量是否小于许用不平衡量，许用不平衡量按下式计算： u=em 式中： u：许用残余不平衡量，g.mm m:转子质量，kg 那么，在做转子平衡的时候，校正的平衡量等于上面计算的许用不平衡量，即： u=mii 式中： mi：校正质量，g i:矫正半径，mm 根据上面的残余不平衡量，就可以根据平衡块的位置来确定需要加装平衡块的大小了。

变频器对电机的损伤包括两个方面，定子绕组的损伤和轴承的损伤。这种损伤一般发生在几周至十几个月内，具体时间与变频器的品牌、电机的品牌、电机的功率、变频器的载波频率、变频器与电机之间的电缆长度、环境温度等诸多因素有关。 1、变频器驱动与工频驱动的区别 变频器驱动电机的电压与工频电压的区别:变频器的基本构造包括整流电路与逆变电路两部分。整流电路为普通二极管与滤波电容构成的直流电压输出电路，逆变电路将直流电压变换成脉宽调制的电压波形（pwm电压）。因此，变频器驱动电机的电压波形是脉宽变化的脉冲波形，而不是正弦波电压波形。用脉冲电压驱动电机就是导致电机容易损坏的根本原因。 2、变频器损伤电机定子绕组的机理 脉冲电压在电缆上传输时，如果电缆的阻抗与负载的阻抗不匹配，在负载端会产生反射。反射的结果是，入射波与反射波叠加，形成更高的电压，它的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍，大约相当于变频器输入电压的3倍。过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上，对线圈造成电压冲击，频繁的过电压冲击会导致电机过早失效。 变频器驱动的电机受到尖峰电压的冲击后，它的实际寿命与很多因素，包括温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘的工艺等因素有关。 变频器的载波频率越高，输出电流波形越接近正弦波，这会降低电机的运行温度，从而延长绝缘的寿命。但是，更高的载波频率意味着每秒钟产生的尖峰电压数量更多，对电机的冲击的次数更多。对于约60米长的电缆，当载波频率从3khz提高到12khz（变化4倍）时，绝缘的寿命从大约8万小时降低到2万小时（相差4倍）。 电机的温度越高，绝缘的寿命越短，当温度升高到750c时，电机的寿命只有50%。变频器驱动的电机，由于pwm电压包含较多的高频成份，电机温度会远高于工频电压驱动的情况。 3、变频器损伤电机轴承的机理 变频器损伤电机轴承的原因是，有流过轴承的电流，并且这种电流处于断续连通的状态，断续连通的电路会产生电弧，电弧烧毁了轴承。 导致交流电机的轴承中流过电流的原因主要有两个，第一，内部电磁场不平衡产生的感应电压，第二，杂散电容引起的高频电流通路。理想交流感应电机内部的磁场是对称的，当三相绕组的电流相等，并且相位相差1200时，不会在电机的轴杆上感应出电压。变频器输出的pwm电压导致电机内部的磁场不对称时，就会在轴杆上感应出电压，电压的幅度在10~30v，这与驱动电压有关，驱动电压越高，轴杆上的电压越高。当这个电压的数值超过轴承中的润滑油的绝缘强度时，就会形成一个电流通路。轴杆旋转过程中，在某个时刻，润滑油的绝缘又阻断了电流。这个过程类似于机械式开关的通断过程，这个过程中会产生电弧，烧蚀轴杆、滚珠、轴碗的表面，形成凹坑。如果没有外部振动，小凹坑不会产生过大的影响，但是如果有外部振动时，会产生凹槽，这对电机的运转影响很大。 另外，实验表明，轴杆上的电压还与变频器输出电压的基波频率有关，基波频率越低，轴杆上的电压越高，轴承损伤越严重。 在马达工作的初期，润滑油温度较低的时候，电流幅度在5-200ma，这么小的电流不会对轴承产生任何损坏。但是，当马达运行一段时间后，随着润滑油温度升高，峰值电流会达到5-10a，这会产生飞弧，在轴承部件的表面形成小坑。 4、电机定子绕组的保护 当电缆的长度超过30米时，现代变频器必然会在电机端产生尖峰电压，缩短电机的寿命。防止电机出现损伤，有两个思路，一个是采用绕组绝缘抗电强度更高的电机（称为变频电机），另一个是采取措施减小尖峰电压。前一种措施适合于新建的项目，后一种措施适合于对已有的电机进行改造。 目前常用的电机保护方法有以下4个： 1在变频器的输出端安装电抗器：这个措施最常用，但是需要注意的是，该方法对于较短的电缆（30米以下）有一定效果，但有时效果不够理想。 2在变频器的输出端安装dv/d滤波器：这个措施适用于电缆长度小于300米的场合，价格略高于电抗器，效果有了明显的改善。 3在变频器的输出端安装正弦波滤波器：这个措施是最理想的。因为在这里，将pwm脉冲电压变成了正弦波电压，是电机工作在与工频电压相同的条件下，尖峰电压的问题得到了彻底的解决（电缆再长，也不会出现尖峰电压了）。 4在电缆与电机接口的位置安装尖峰电压吸收器：前面几个措施的缺点是当电机的功率较大时，电抗器或滤波器的体积、重量很大，价格较高，另外，电抗器和滤波器都会导致一定的电压降，影响电机的输出力矩，采用变频器尖峰电压吸收器能够克服这些缺点。航天科工集团二院706所开发的sva尖峰电压吸收器，采用先进的电力电子技术和智能控制技术，是解决电机损伤的理想设备。另外，sva尖峰吸收器还能保护电机的轴承。是一种新型的电机保护装置（航天科工集团的sva型号），并联连接电机的电源输入端。 工作过程如下：尖峰电压检测电路实时检测电机电源线上的电压幅度；当检测到电压的幅度超过设定的阈值时，控制尖峰能量缓冲电路，使其吸收尖峰电压的能量；当尖峰电压的能量充满尖峰能量缓冲器时，尖峰能量吸收控制阀门打开，使缓冲器中的尖峰能量泄放到尖峰能量吸收器，将电能转变成热能；温度监控器监测尖峰能量吸收器的温度，当温度过高时，适当关闭尖峰能量吸收控制阀门，减小能量的吸收（在保证电机受到保护的前提下），避免尖峰电压吸收器过热而损坏；轴承电流吸收电路的作用是将轴承电流吸收掉，保护电机轴承。 尖峰吸收器最大的好处是，体积小、价格低，安装简便（并联安装）。特别是功率较大的场合，尖峰吸收器在价格、体积、重量等方面的优点很突出。另外，由于是并联安装，不会产生电压降，而d滤波器都会有一定的电压降接近10%，这会导致电机的转矩降低。 5、补充: 要改变变频器输入侧的功率因数，必须对症下药，设法削减电流中的高次谐波成分。 1）接入交流电抗器。但就提高功率因数的效果而言，接入交流电抗器后的效果并不理想，只能将功率因数提高0.75-0.85。但交流电抗器具有削弱浪涌电流和电源电压不平衡的影响等功能，因此，在不少场合，是需要接入交流电抗器的。如：多台变频器接在同一网络时；同一网络中有大容量晶闸管设备时;变频器的容量不足供电变压器容量的十分之一时。 2）接入直流电抗器。直流电抗器接在整流桥和滤波电容器之间，就提高功率因数的效果而言，直流电抗器优于交流电抗器，可将功率因数提高到0.9以上。直流电抗器容易自制。用废了的变压器铁芯，在铁芯上绕上若干匝数即可。匝数一电动机满载时，电抗器上的压降不超过平均直流电压（513v）的3%为宜。 3）采用12脉动整流。