離心壓縮機電機振動的頻譜法分析與改進

喻佩佩

（江蘇聯合職業技術學院常州鐵道分院，江蘇 常州 213011）

1 背景介紹

該離心式壓縮機是一種葉輪旋轉式壓縮機，型號為IHC 350A，風壓為350kPa。壓縮機通過功率為355kW的電機帶動壓縮機主軸葉輪轉動，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進氣部分進入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續流動。氣體因離心作用增加了壓力，能以很大的速度離開工作輪，同時氣體經擴壓器逐漸降低了速度，動能轉變為靜壓能，進一步增加了壓力。由于該類壓縮機所使用的電機功率等級高，電機體積較大。因此當電機出現振動時會引起整個壓縮機的振動，使壓縮機產生振動噪音，并會使元器件發生松脫，影響壓縮機的使用壽命。

2 電機振動分析

電機振動的主要來源有兩個方面：機械傳動和電磁。通過在軸承部件處放置振動傳感器，實驗監測到軸承處無明顯的振動。因此把產生振動的根源鎖定在電機的電磁方面。在對電磁噪音的改善時，通過增大定轉子氣隙、減小線圈內部電流等常規方法試驗，但對電機振動沒有明顯改善。

圖1 振動頻譜圖

在這樣的情況下采取分析振動頻譜的方法，先找出振動的頻率點，然后尋找影響電機振動的原因。通過測試，振動頻譜圖（如圖1）顯示電機在120Hz和23.8 Hz振動較高。黃、紅、藍3個顏色對應電機前、中、后3個位置的振動頻譜。可以從波形看出三個位置的振動差異不大。

通過實驗分析，120 Hz振動主要來源于電機的單邊磁拉力，只有頻率為23.8 Hz的振動判斷不出振動源。但是因為23.8 Hz是一個頻率很低的低頻振動，這類振動頻率與定轉子之間的耦合相關，而定轉子的耦合關系主要體現在定子跨距與轉子槽數的配合關系上。

3 解決方案

當前電機的定子組件的嵌線方式為（1-18跨距）與開口槽（35槽）轉子配合組裝（如圖2所示）。

通過軟件分析，當前的定轉子配合會使定子線圈內出現明顯的3階繞組諧波（如圖3所示）。1階的位置為基波，所有的電機都有基波，基波屬于正常的正弦波，而3階繞組諧波是對電機進行干擾的波形。

圖2 線圈跨距 1-18

圖3 3階繞組諧波

針對當前的振動問題，選用閉口槽（52槽）轉子替代35槽開口槽，與1-18跨距的定子配合進行測試，發現23.8Hz和120Hz的振動仍然存在，并沒有太大變化。最大振動速度值從4.96mm/s降低到3.17mm/s。仍然無法滿足ISO 10816振動標準規定的2.3 mm/s。

最后選用定子組件的跨距為1-15，裝上35槽的轉子進行測試，發現23.8 Hz和120 Hz振動明顯降低。總振動值降為0.95mm/s。圖4為振動對比圖（藍色為改善前的振動頻譜圖。紅色為改善后的振動頻譜圖）。

圖4 振動對比圖

通過軟件分析發現，定子3階諧波也已基本消失。（如圖5所示）

圖5 3階諧波基本消失

4 結論

在對一些不能明顯發現振動源點的電機，可以通過先分析振動頻譜的頻率點，以此來找出振動的根源，然后再解決振動問題。這是一個新的電機振動解決方法。本文就是通過該方法，發現振動的頻率點是與定轉子配合相關的。發現定子跨距的設計會影響整個定轉子的耦合關系，從而影響電機的振動。最后解決了電機的振動問題。