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)機振動的分析及措施
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)機在調(diào)試過程中出現(xiàn)振動問題,經(jīng)過振動測試后,發(fā)現(xiàn)引起兩臺風(fēng)機振動的原因各不相同。根據(jù)各振動的情況,對兩臺風(fēng)機振動進行了處理,取得了良好的效果。由此可見,整個風(fēng)機振動測試、原因分析、處理思路清晰、診斷準(zhǔn)確、處理及時,值得處理同類振動問題借鑒。
不平衡;結(jié)構(gòu)共振;拍振;風(fēng)機
核電站安全殼空氣過濾系統(tǒng)VFS-01A/01B風(fēng)機配套電機在空載運行時,振動都很小,不超過1.5mm/s。但是與風(fēng)機連接后帶載運行時,同類型的兩臺風(fēng)機(01A,01B)都出現(xiàn)振動問題,而且振動現(xiàn)象各不相同。01A電機振動超過了廠家要求限值,風(fēng)機驅(qū)動端振動接近廠家要求限值,但已超過國標(biāo)限值;01B電機非驅(qū)動振動明顯有些大,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)機振動問題深入分析,通過采取不同的措施來解決,減少振動。
1.1風(fēng)機情況
VFS安全殼送風(fēng)空氣處理單元風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖1所示,電機和風(fēng)機之間通過皮帶輪連接,電機轉(zhuǎn)速為1475rpm。風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速為2900rpm。其中,風(fēng)機轉(zhuǎn)子為懸臂結(jié)構(gòu),葉輪布置在風(fēng)機非驅(qū)動端軸承的外側(cè)。
1.2測點布置
采用便攜式測振儀監(jiān)測風(fēng)機振動,測點布置在風(fēng)機和電機的驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承垂直和水平方向。
1.3振動標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)AMCA 204—96 風(fēng)機應(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)機振動不應(yīng)超過8.8mm/s。
依據(jù)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)機振動限值參考標(biāo)準(zhǔn)是“JB/T 8689—1998通風(fēng)機振動檢測及其限值”[1],根據(jù)風(fēng)機彈性支撐特性,風(fēng)機振動不應(yīng)超過7.1mm/s??梢妵鴺?biāo)比廠家給的標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格,現(xiàn)場執(zhí)行時一般以國標(biāo)為準(zhǔn)。
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的振動情況進行測試,此次測試的工況為帶載運行,振動結(jié)果分別如表1、表2所示。
表1 VFS-01A風(fēng)機振動數(shù)據(jù)(帶載) 單位:mm/s(速度有效值)
表2 VFS-01B風(fēng)機振動數(shù)據(jù)(帶載) 單位:mm/s(速度有效值)
綜合表1、表2中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),VFS-01A風(fēng)機振動主要集中在電機和風(fēng)機驅(qū)動端;VFS-01B風(fēng)機振動主要是電機非驅(qū)動端水平方向。由振動數(shù)據(jù)和振動發(fā)生的位置,判斷兩臺風(fēng)機振動性質(zhì)不同,采取的措施也會不同,故單獨分析每臺風(fēng)機的振動原因。
3.1VFS-01A風(fēng)機振動原因
從表1可以看出,主要是電機和風(fēng)機驅(qū)動端垂直方向振動較大,經(jīng)查看風(fēng)機和電機振動頻譜,如圖2、圖3所示,發(fā)現(xiàn)振動分量主要是47.9Hz,該頻率轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速為2874rpm,為風(fēng)機的轉(zhuǎn)動頻率。
說明激振力主要是來源于風(fēng)機,首先應(yīng)對風(fēng)機側(cè)進行檢查;其次電機單轉(zhuǎn)運行時,振動合格,說明電機自身振動并沒有問題。通過皮帶輪連接風(fēng)機,帶載運行后,振動超標(biāo),不排除皮帶輪的連接狀況不佳導(dǎo)致電機振動變大。
3.2VFS-01B風(fēng)機振動原因
根據(jù)電機空載時振動很小,帶載后卻增大較多,而風(fēng)機振動并不大,因此判斷電機的振動不是由于風(fēng)機影響的,而是由于電機自身結(jié)構(gòu)共振造成的。影響結(jié)構(gòu)振動的基本因素[2]。
(1)通常軸承座、支架、定子等固定結(jié)構(gòu)的振動大小與激振力成正比,與結(jié)構(gòu)的動剛度成反比。在激振力一定的情況下,結(jié)構(gòu)的振動幅值取決其動剛度的大小。
(2)對于具體的結(jié)構(gòu)而言,共振劇烈程度與結(jié)構(gòu)的動剛度和共振源發(fā)出的能量大小有關(guān)。剛度較大時,即使激振力相對較大,但振動可能不是很大;但剛度太差時,很小的激振力會產(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,造成這些結(jié)構(gòu)振動劇烈的現(xiàn)象。任何一個固定結(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)固有頻率計算中?;瘏?shù)的偏差,或結(jié)構(gòu)的實際安裝條件與設(shè)計值的偏差,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)機共有的振動特征
在風(fēng)機運行過程中,發(fā)現(xiàn)兩臺風(fēng)機電機側(cè)的振動有小幅波動,如圖4所示,而風(fēng)機側(cè)振動較穩(wěn)定些。一般來說,對于這種小型設(shè)備,造成振動波動的主要原因還是由于連接方面的因素。
另外也可能與風(fēng)機的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)有關(guān),致使電機產(chǎn)生拍振,即振動頻率相近的兩種振動的疊加。兩個頻率相差很小的簡諧振動,其合成后的復(fù)合振動仍可似為簡諧振動,但振幅隨時間作周期性變化,有時增大,有時減小[2]。
VFS風(fēng)機的電機轉(zhuǎn)速為1475rpm,由于是兩級電機,可能產(chǎn)生2950rpm的二倍頻振動諧波分量,而風(fēng)機傳遞給電機的振動頻率是47.9Hz,相當(dāng)于2874rpm,這樣會因為僅相差76rpm,容易產(chǎn)生相近頻率的拍振,造成電機振動不穩(wěn)定。
根據(jù)振動分析的原因,分別對VFS-01A/01B風(fēng)機振動進行處理,對可能引起振動的各部件進行逐一排查。
4.1VFS-01A風(fēng)機振動處理
(1)風(fēng)機外殼部位:風(fēng)機無喘振現(xiàn)象;檢查風(fēng)機外殼連接部位,無松動情況,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,使其達到緩振的作用;對各焊縫進行檢查,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)機軸承附近露軸處檢查,跳動小于0.05mm,符合標(biāo)準(zhǔn)要求;墊片連接無松動現(xiàn)象;同時對油脂進行了更換。
(4)皮帶及皮帶輪:皮帶輪沒有損壞;皮帶超負荷或燒損也沒有發(fā)生;復(fù)查對輪中心,符合廠家運行維護手冊要求;對皮帶輪槽均勻性進行了復(fù)查,結(jié)果正常;調(diào)整皮帶緊力使其滿足廠家運行維護手冊內(nèi)的要求。
(5)風(fēng)機基礎(chǔ)和減震裝置:風(fēng)機和支架振動存在一定的差別,但檢查未發(fā)現(xiàn)連接松弛情況;基礎(chǔ)振動在1mm/s左右,非常小;檢查發(fā)現(xiàn)4個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) 動平衡處理:經(jīng)過上述檢查處理后,振動仍然超標(biāo)??紤]風(fēng)機的振動是以一倍頻為主,決定對風(fēng)機進行動平衡處理。幾次平衡后,風(fēng)機振動明顯減少,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)試驗工作。
表3 VFS-01A風(fēng)機處理后軸承振動數(shù)據(jù) 單位:mm/s(速度有效值)
4.2VFS-01B風(fēng)機振動處理
防止結(jié)構(gòu)共振最有效的方法是在設(shè)計階段予以充分考慮,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)皮帶護罩與支架有接觸,這是支架共振的原因,從而導(dǎo)致電機振動大,見圖7;經(jīng)調(diào)整留出間隙,見圖8。電機起動后,振動數(shù)據(jù)明顯下降,見表4。
兩臺風(fēng)機的振動原因是不同的,要采取的措施也是不一樣的。
01A風(fēng)機振動的主要原因是由于安裝時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)機進行徹底檢查后,如振動是以一倍頻為主,可用動平衡的方法降低振動。
01B風(fēng)機的振動原因是結(jié)構(gòu)共振。電機空載時振動不大,而帶載后振動增大,同時風(fēng)機振動又不大,是判斷電機結(jié)構(gòu)共振的主要特征。
本文通過對兩臺風(fēng)機振動原因的分析及采取措施,使風(fēng)機的振動達到了要求。這是由于風(fēng)機與電機轉(zhuǎn)速相差兩倍,電機的二倍頻與風(fēng)機振動頻率接近,致使電機存在拍振現(xiàn)象,振幅不穩(wěn)定。這一點在設(shè)計時要充分考慮,如在不能改變轉(zhuǎn)速情況下,可通過動平衡方法降低風(fēng)機振動,而使風(fēng)機和電機整體振動水平下降。
[1]JB/T 8689—1998,通風(fēng)機振動檢測及其限值.
[2]張學(xué)延.汽輪發(fā)電機組振動診斷,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)機用單相異步電機的設(shè)計與分析.防爆電機,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)機械振動處理等工作.
2016-04-22