风机振动的分析及措施

迟威，侯涛，冯卫东

(三门核电有限公司，浙江三门317112)



风机振动的分析及措施

迟威，侯涛，冯卫东

(三门核电有限公司，浙江三门317112)

两台风机在调试过程中出现振动问题，经过振动测试后，发现引起两台风机振动的原因各不相同。根据各振动的情况，对两台风机振动进行了处理，取得了良好的效果。由此可见，整个风机振动测试、原因分析、处理思路清晰、诊断准确、处理及时，值得处理同类振动问题借鉴。

不平衡；结构共振；拍振；风机

0　引言

核电站安全壳空气过滤系统VFS-01A/01B风机配套电机在空载运行时，振动都很小，不超过1.5mm/s。但是与风机连接后带载运行时，同类型的两台风机(01A，01B)都出现振动问题，而且振动现象各不相同。01A电机振动超过了厂家要求限值，风机驱动端振动接近厂家要求限值，但已超过国标限值；01B电机非驱动振动明显有些大，非常接近了国标限值。制约后续调试工作，因此需要对风机振动问题深入分析，通过采取不同的措施来解决，减少振动。

1　风机情况、测点布置及振动标准

1.1风机情况

VFS安全壳送风空气处理单元风机结构如图1所示，电机和风机之间通过皮带轮连接，电机转速为1475rpm。风机额定转速为2900rpm。其中，风机转子为悬臂结构，叶轮布置在风机非驱动端轴承的外侧。

1.2测点布置

采用便携式测振仪监测风机振动，测点布置在风机和电机的驱动端和非驱动端轴承垂直和水平方向。

1.3振动标准

根据AMCA 204—96 风机应用类BV—3中表6.4要求，装配在弹簧隔离器上的弹性支撑风机振动不应超过8.8mm/s。

依据国内标准，风机振动限值参考标准是“JB/T 8689—1998通风机振动检测及其限值”[1]，根据风机弹性支撑特性，风机振动不应超过7.1mm/s。可见国标比厂家给的标准更严格，现场执行时一般以国标为准。

2　风机振动测试

2015年7月4日采用便携式测振仪对安全壳送风空气处理单元01A/01B的振动情况进行测试，此次测试的工况为带载运行，振动结果分别如表1、表2所示。

表1　VFS-01A风机振动数据(带载)　单位：mm/s(速度有效值)

表2　VFS-01B风机振动数据(带载)　单位：mm/s(速度有效值)

3　振动原因分析

综合表1、表2中的数据可以发现，VFS-01A风机振动主要集中在电机和风机驱动端；VFS-01B风机振动主要是电机非驱动端水平方向。由振动数据和振动发生的位置，判断两台风机振动性质不同，采取的措施也会不同，故单独分析每台风机的振动原因。

3.1VFS-01A风机振动原因

从表1可以看出，主要是电机和风机驱动端垂直方向振动较大，经查看风机和电机振动频谱，如图2、图3所示，发现振动分量主要是47.9Hz，该频率转化为转速为2874rpm，为风机的转动频率。

说明激振力主要是来源于风机，首先应对风机侧进行检查；其次电机单转运行时，振动合格，说明电机自身振动并没有问题。通过皮带轮连接风机，带载运行后，振动超标，不排除皮带轮的连接状况不佳导致电机振动变大。

3.2VFS-01B风机振动原因

根据电机空载时振动很小，带载后却增大较多，而风机振动并不大，因此判断电机的振动不是由于风机影响的，而是由于电机自身结构共振造成的。影响结构振动的基本因素[2]。

(1)通常轴承座、支架、定子等固定结构的振动大小与激振力成正比，与结构的动刚度成反比。在激振力一定的情况下，结构的振动幅值取决其动刚度的大小。

(2)对于具体的结构而言，共振剧烈程度与结构的动刚度和共振源发出的能量大小有关。刚度较大时，即使激振力相对较大，但振动可能不是很大；但刚度太差时，很小的激振力会产生较大的共振振幅。

(3)结构共振是指轴承座、转子、基础以及管道系统等结构部件的固有频率与转速频率，或其整数倍频率相同或接近时，造成这些结构振动剧烈的现象。任何一个固定结构都有其固有的自然频率，尽管在结构的设计中，要求其固有频率与工作转速以及工作转速两倍频率有一定的避开范围。但由于种种原因，如结构固有频率计算中模化参数的偏差，或结构的实际安装条件与设计值的偏差，或结构材料的老化等，都可能造成结构固有频率的变化。固有频率一旦落入工作转速及其整数倍转速范围，则产生共振。

3.3两台风机共有的振动特征

在风机运行过程中，发现两台风机电机侧的振动有小幅波动，如图4所示，而风机侧振动较稳定些。一般来说，对于这种小型设备，造成振动波动的主要原因还是由于连接方面的因素。

另外也可能与风机的结构设计参数有关，致使电机产生拍振，即振动频率相近的两种振动的叠加。两个频率相差很小的简谐振动，其合成后的复合振动仍可似为简谐振动，但振幅随时间作周期性变化，有时增大，有时减小[2]。

VFS风机的电机转速为1475rpm，由于是两级电机，可能产生2950rpm的二倍频振动谐波分量，而风机传递给电机的振动频率是47.9Hz，相当于2874rpm，这样会因为仅相差76rpm，容易产生相近频率的拍振，造成电机振动不稳定。

4　振动处理方法

根据振动分析的原因，分别对VFS-01A/01B风机振动进行处理，对可能引起振动的各部件进行逐一排查。

4.1VFS-01A风机振动处理

(1)风机外壳部位：风机无喘振现象；检查风机外壳连接部位，无松动情况，但发现出口管道软连接是被拉直的(见图5)，起不到缓冲作用，后重新制作软连接，使其达到缓振的作用；对各焊缝进行检查，无开焊情况；叶轮与蜗壳装配正常。

(2)叶轮部位：没有发现连接有松弛现象；风机内部没有发现异物，也无腐蚀与磨损(失衡叶轮)；叶轮转向正常。

(3)轴及轴承：用百分表在风机轴承附近露轴处检查，跳动小于0.05mm，符合标准要求；垫片连接无松动现象；同时对油脂进行了更换。

(4)皮带及皮带轮：皮带轮没有损坏；皮带超负荷或烧损也没有发生；复查对轮中心，符合厂家运行维护手册要求；对皮带轮槽均匀性进行了复查，结果正常；调整皮带紧力使其满足厂家运行维护手册内的要求。

(5)风机基础和减震装置：风机和支架振动存在一定的差别，但检查未发现连接松弛情况；基础振动在1mm/s左右，非常小；检查发现4个脚支撑弹簧型号不完全一样(见图6)，要求换成一样的；用水平尺在风机外壳和支架上检查，水平度符合要求；对各部件检查都是正确对准的。

(6) 动平衡处理：经过上述检查处理后，振动仍然超标。考虑风机的振动是以一倍频为主，决定对风机进行动平衡处理。几次平衡后，风机振动明显减少，小于3 mm/s，具体数据见表3，效果良好，可以投入后续试验工作。

表3　VFS-01A风机处理后轴承振动数据　单位：mm/s(速度有效值)

4.2VFS-01B风机振动处理

防止结构共振最有效的方法是在设计阶段予以充分考虑，使结构的固有频率与工作转速下的基频和二倍频有较大的避开范围。

对已投运的设备应从以下几方面入手：①检查部件有无裂纹、脱焊、连接不良等情况；②采用增加支撑等措施，改变结构的固有频率；③提高转子平衡精度，减小激振力以降低共振峰值[2]。

现场检查发现皮带护罩与支架有接触，这是支架共振的原因，从而导致电机振动大，见图7；经调整留出间隙，见图8。电机起动后，振动数据明显下降，见表4。

5　测试结果

两台风机的振动原因是不同的，要采取的措施也是不一样的。

01A风机振动的主要原因是由于安装时出口管道软连接被拉直，起不到缓振作用，还有皮带罩壳安装时曾被撞变形，校正后仍有一定程度的应力，以及更换弹簧后各地脚承受载荷不均等多种原因造成的。在对风机进行彻底检查后，如振动是以一倍频为主，可用动平衡的方法降低振动。

01B风机的振动原因是结构共振。电机空载时振动不大，而带载后振动增大，同时风机振动又不大，是判断电机结构共振的主要特征。

6　结语

本文通过对两台风机振动原因的分析及采取措施，使风机的振动达到了要求。这是由于风机与电机转速相差两倍，电机的二倍频与风机振动频率接近，致使电机存在拍振现象，振幅不稳定。这一点在设计时要充分考虑，如在不能改变转速情况下，可通过动平衡方法降低风机振动，而使风机和电机整体振动水平下降。

[1]JB/T 8689—1998，通风机振动检测及其限值.

[2]张学延.汽轮发电机组振动诊断，北京；中国电力出版社，2008；326-327,330,389.

[3]陈志江，陈揆能，陈凯阳.风机用单相异步电机的设计与分析.防爆电机，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

迟威男1967年生；毕业于华中理工大学，工程硕士，现从事旋转机械振动处理等工作.

2016-04-22