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        變頻電機底座共振模態(tài)分析及改造案例

        2018-02-01 14:30:02王江
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年3期
        關(guān)鍵詞:改造

        王江

        摘 要:電機廣泛使用在機電領(lǐng)域,共振現(xiàn)象時有發(fā)生,危害極大。設(shè)備現(xiàn)場電機和底座發(fā)生共振,借助有限元軟件和三維建模軟件,從多種改造方案中選出最優(yōu)方案,并現(xiàn)場改造,成功消除共振。

        關(guān)鍵詞:電機;底座;共振;模態(tài)分析;改造

        中圖分類號:TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        電機共振是機械和電氣領(lǐng)域常見現(xiàn)象,共振會影響電機的正常運行,降低電機使用壽命,并且?guī)碚駝?、噪聲和效率降低?/p>

        某設(shè)備使用大型變頻電機,通過電機底座固定在基礎(chǔ)上,在設(shè)備運行時電機振動明顯。利用有限元軟件對該電機及底座進(jìn)行模態(tài)分析,確定為發(fā)生共振。用三維軟件建立原設(shè)備仿真模型,并加入多種底座的改造方案,再用有限元分析,確定最優(yōu)的改造方案。設(shè)備現(xiàn)場按最優(yōu)方案進(jìn)行改造,共振消除。

        1 現(xiàn)場振動情況及振動測量

        電機空載,在較高轉(zhuǎn)速時振動明顯,拾取變頻器頻率和振動傳感器信號,如圖1所示。

        圖表說明:橫坐標(biāo)為時間,縱坐標(biāo)為幅值;藍(lán)線為電機輸入頻率,紅線、綠線為電機前后軸承附近振動值。

        空載時,振動信號在變頻40Hz(電機額定50Hz,1494r/min)附近發(fā)生振幅明顯提高,經(jīng)分析為共振現(xiàn)象,共振頻率為20Hz。

        帶負(fù)載運轉(zhuǎn)測試,電機部分在變頻46.8Hz時振動明顯,共振頻率為23.3Hz,共振頻率發(fā)生上移,可能是電機受聯(lián)軸器反作用力影響,本身固有激振頻率改變。

        2 計算機模型振動仿真

        按原圖紙建立三維模型,進(jìn)行模態(tài)分析,前10階模態(tài)見表1。

        電機作為振動源,轉(zhuǎn)子受軸承約束繞軸心旋轉(zhuǎn),激振方向主要是徑向,即電機左右擺和上下振;根據(jù)經(jīng)驗,電機的共振主要在激振頻率和二倍頻時出現(xiàn),即23.3Hz和46.6Hz。

        通過模態(tài)分析,底座加電機的第一階固有頻率(圖2)與現(xiàn)場共振相符,53.3Hz與激振二倍頻46.6Hz相差14.4%,且振動形式相符,兩者之間的誤差應(yīng)該是由模型及約束條件與實際不完全相符造成。

        3 電機底座改造方案

        經(jīng)過近10種改進(jìn)方案的對比,確定了最優(yōu)的方案,模型如圖3所示,改進(jìn)思路如下(下文提到的固有頻率都是一階左右擺振型的固有頻率):

        (a)原模型的左右擺(下同)固有頻率為53.3Hz;

        (b)按照常規(guī)方法加固的頻率為63.3Hz;

        (c)在常規(guī)加筋基礎(chǔ)上增加兩對X型斜筋,固有頻率為86.4Hz;

        (d)X型斜筋換成V型斜筋,V底增加地腳孔,固有頻率為81Hz;

        (e)由于X型筋或V型筋施工難度大,換成兩塊貫通上下層的厚豎筋,固有頻率為88.6Hz;

        (f)在此基礎(chǔ)上,增加上層水平橫筋,固有頻率為91.7Hz;

        經(jīng)過對比,確定最終改造方案f,固有頻率由53.3Hz提高到91.7Hz,避開了倍頻和二倍頻范圍(0Hz~50Hz)。

        4 現(xiàn)場改造及效果

        現(xiàn)場改造時,共增加鋼板約70塊。改造后,電機空轉(zhuǎn),拾取變頻器頻率和振動傳感器信號,如圖4所示。

        與改造前測振曲線對比,同樣測試條件下,電機全頻率范圍內(nèi)的共振消失。

        帶負(fù)載運行,全頻率范圍內(nèi)電機都沒有出現(xiàn)振動強烈的情況,現(xiàn)場人員也確認(rèn),改造后變頻器46.8Hz時的共振消失,運行過程中的振動也明顯減輕。

        結(jié)語

        隨著設(shè)備的大型化,底座剛度卻提升不足,造成個別設(shè)備發(fā)生共振問題。經(jīng)有限元軟件仿真分析,確定了電機及底座存在共振。

        通過設(shè)計優(yōu)化及仿真,確定了較好的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,現(xiàn)場進(jìn)行改造施工,運行效果滿意,共振消除。

        這件案例的成功解決,為我們積累了此類問題的處理方法,同時,也從設(shè)計上加強了底座的剛度,根除了共振的可能。

        參考文獻(xiàn)

        [1]郁永章.容積式壓縮機技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2000.

        [2]朱茂勛. 變頻調(diào)速電機共振現(xiàn)象的分析[J].防爆電機,2009,44(1):42.

        [3]徐建國.大型高速電機軸向振動的分析和處理[J].電機技術(shù),2013(4):38-39.endprint

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