風機振動的分析及措施

遲威，侯濤，馮衛東

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

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風機振動的分析及措施

遲威，侯濤，馮衛東

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

兩臺風機在調試過程中出現振動問題，經過振動測試后，發現引起兩臺風機振動的原因各不相同。根據各振動的情況，對兩臺風機振動進行了處理，取得了良好的效果。由此可見，整個風機振動測試、原因分析、處理思路清晰、診斷準確、處理及時，值得處理同類振動問題借鑒。

不平衡；結構共振；拍振；風機

0　引言

核電站安全殼空氣過濾系統VFS-01A/01B風機配套電機在空載運行時，振動都很小，不超過1.5mm/s。但是與風機連接后帶載運行時，同類型的兩臺風機(01A，01B)都出現振動問題，而且振動現象各不相同。01A電機振動超過了廠家要求限值，風機驅動端振動接近廠家要求限值，但已超過國標限值；01B電機非驅動振動明顯有些大，非常接近了國標限值。制約后續調試工作，因此需要對風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　風機情況、測點布置及振動標準

1.1風機情況

VFS安全殼送風空氣處理單元風機結構如圖1所示，電機和風機之間通過皮帶輪連接，電機轉速為1475rpm。風機額定轉速為2900rpm。其中，風機轉子為懸臂結構，葉輪布置在風機非驅動端軸承的外側。

1.2測點布置

采用便攜式測振儀監測風機振動，測點布置在風機和電機的驅動端和非驅動端軸承垂直和水平方向。

1.3振動標準

根據AMCA 204—96 風機應用類BV—3中表6.4要求，裝配在彈簧隔離器上的彈性支撐風機振動不應超過8.8mm/s。

依據國內標準，風機振動限值參考標準是“JB/T 8689—1998通風機振動檢測及其限值”[1]，根據風機彈性支撐特性，風機振動不應超過7.1mm/s。可見國標比廠家給的標準更嚴格，現場執行時一般以國標為準。

2　風機振動測試

2015年7月4日采用便攜式測振儀對安全殼送風空氣處理單元01A/01B的振動情況進行測試，此次測試的工況為帶載運行，振動結果分別如表1、表2所示。

表1　VFS-01A風機振動數據(帶載)　單位：mm/s(速度有效值)

表2　VFS-01B風機振動數據(帶載)　單位：mm/s(速度有效值)

3　振動原因分析

綜合表1、表2中的數據可以發現，VFS-01A風機振動主要集中在電機和風機驅動端；VFS-01B風機振動主要是電機非驅動端水平方向。由振動數據和振動發生的位置，判斷兩臺風機振動性質不同，采取的措施也會不同，故單獨分析每臺風機的振動原因。

3.1VFS-01A風機振動原因

從表1可以看出，主要是電機和風機驅動端垂直方向振動較大，經查看風機和電機振動頻譜，如圖2、圖3所示，發現振動分量主要是47.9Hz，該頻率轉化為轉速為2874rpm，為風機的轉動頻率。

說明激振力主要是來源于風機，首先應對風機側進行檢查；其次電機單轉運行時，振動合格，說明電機自身振動并沒有問題。通過皮帶輪連接風機，帶載運行后，振動超標，不排除皮帶輪的連接狀況不佳導致電機振動變大。

3.2VFS-01B風機振動原因

根據電機空載時振動很小，帶載后卻增大較多，而風機振動并不大，因此判斷電機的振動不是由于風機影響的，而是由于電機自身結構共振造成的。影響結構振動的基本因素[2]。

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

(2)對于具體的結構而言，共振劇烈程度與結構的動剛度和共振源發出的能量大小有關。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，很小的激振力會產生較大的共振振幅。

(3)結構共振是指軸承座、轉子、基礎以及管道系統等結構部件的固有頻率與轉速頻率，或其整數倍頻率相同或接近時，造成這些結構振動劇烈的現象。任何一個固定結構都有其固有的自然頻率，盡管在結構的設計中，要求其固有頻率與工作轉速以及工作轉速兩倍頻率有一定的避開范圍。但由于種種原因，如結構固有頻率計算中模化參數的偏差，或結構的實際安裝條件與設計值的偏差，或結構材料的老化等，都可能造成結構固有頻率的變化。固有頻率一旦落入工作轉速及其整數倍轉速范圍，則產生共振。

3.3兩臺風機共有的振動特征

在風機運行過程中，發現兩臺風機電機側的振動有小幅波動，如圖4所示，而風機側振動較穩定些。一般來說，對于這種小型設備，造成振動波動的主要原因還是由于連接方面的因素。

另外也可能與風機的結構設計參數有關，致使電機產生拍振，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風機的電機轉速為1475rpm，由于是兩級電機，可能產生2950rpm的二倍頻振動諧波分量，而風機傳遞給電機的振動頻率是47.9Hz，相當于2874rpm，這樣會因為僅相差76rpm，容易產生相近頻率的拍振，造成電機振動不穩定。

4　振動處理方法

根據振動分析的原因，分別對VFS-01A/01B風機振動進行處理，對可能引起振動的各部件進行逐一排查。

4.1VFS-01A風機振動處理

(1)風機外殼部位：風機無喘振現象；檢查風機外殼連接部位，無松動情況，但發現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：沒有發現連接有松弛現象；風機內部沒有發現異物，也無腐蝕與磨損(失衡葉輪)；葉輪轉向正常。

(3)軸及軸承：用百分表在風機軸承附近露軸處檢查，跳動小于0.05mm，符合標準要求；墊片連接無松動現象；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生；復查對輪中心，符合廠家運行維護手冊要求；對皮帶輪槽均勻性進行了復查，結果正常；調整皮帶緊力使其滿足廠家運行維護手冊內的要求。

(5)風機基礎和減震裝置：風機和支架振動存在一定的差別，但檢查未發現連接松弛情況；基礎振動在1mm/s左右，非常小；檢查發現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的。

(6) 動平衡處理：經過上述檢查處理后，振動仍然超標。考慮風機的振動是以一倍頻為主，決定對風機進行動平衡處理。幾次平衡后，風機振動明顯減少，小于3 mm/s，具體數據見表3，效果良好，可以投入后續試驗工作。

表3　VFS-01A風機處理后軸承振動數據　單位：mm/s(速度有效值)

4.2VFS-01B風機振動處理

防止結構共振最有效的方法是在設計階段予以充分考慮，使結構的固有頻率與工作轉速下的基頻和二倍頻有較大的避開范圍。

對已投運的設備應從以下幾方面入手：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，改變結構的固有頻率；③提高轉子平衡精度，減小激振力以降低共振峰值[2]。

現場檢查發現皮帶護罩與支架有接觸，這是支架共振的原因，從而導致電機振動大，見圖7；經調整留出間隙，見圖8。電機起動后，振動數據明顯下降，見表4。

5　測試結果

兩臺風機的振動原因是不同的，要采取的措施也是不一樣的。

01A風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風機的振動原因是結構共振。電機空載時振動不大，而帶載后振動增大，同時風機振動又不大，是判斷電機結構共振的主要特征。

6　結語

本文通過對兩臺風機振動原因的分析及采取措施，使風機的振動達到了要求。這是由于風機與電機轉速相差兩倍，電機的二倍頻與風機振動頻率接近，致使電機存在拍振現象，振幅不穩定。這一點在設計時要充分考慮，如在不能改變轉速情況下，可通過動平衡方法降低風機振動，而使風機和電機整體振動水平下降。

[1]JB/T 8689—1998，通風機振動檢測及其限值.

[2]張學延.汽輪發電機組振動診斷，北京；中國電力出版社，2008；326-327,330,389.

[3]陳志江，陳揆能，陳凱陽.風機用單相異步電機的設計與分析.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；畢業于華中理工大學，工程碩士，現從事旋轉機械振動處理等工作.

2016-04-22