离心压缩机电机振动的频谱法分析与改进

喻佩佩

（江苏联合职业技术学院常州铁道分院，江苏 常州 213011）

1 背景介绍

该离心式压缩机是一种叶轮旋转式压缩机，型号为IHC 350A，风压为350kPa。压缩机通过功率为355kW的电机带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进气部分进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，能以很大的速度离开工作轮，同时气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。由于该类压缩机所使用的电机功率等级高，电机体积较大。因此当电机出现振动时会引起整个压缩机的振动，使压缩机产生振动噪音，并会使元器件发生松脱，影响压缩机的使用寿命。

2 电机振动分析

电机振动的主要来源有两个方面：机械传动和电磁。通过在轴承部件处放置振动传感器，实验监测到轴承处无明显的振动。因此把产生振动的根源锁定在电机的电磁方面。在对电磁噪音的改善时，通过增大定转子气隙、减小线圈内部电流等常规方法试验，但对电机振动没有明显改善。

图1 振动频谱图

在这样的情况下采取分析振动频谱的方法，先找出振动的频率点，然后寻找影响电机振动的原因。通过测试，振动频谱图（如图1）显示电机在120Hz和23.8 Hz振动较高。黄、红、蓝3个颜色对应电机前、中、后3个位置的振动频谱。可以从波形看出三个位置的振动差异不大。

通过实验分析，120 Hz振动主要来源于电机的单边磁拉力，只有频率为23.8 Hz的振动判断不出振动源。但是因为23.8 Hz是一个频率很低的低频振动，这类振动频率与定转子之间的耦合相关，而定转子的耦合关系主要体现在定子跨距与转子槽数的配合关系上。

3 解决方案

当前电机的定子组件的嵌线方式为（1-18跨距）与开口槽（35槽）转子配合组装（如图2所示）。

通过软件分析，当前的定转子配合会使定子线圈内出现明显的3阶绕组谐波（如图3所示）。1阶的位置为基波，所有的电机都有基波，基波属于正常的正弦波，而3阶绕组谐波是对电机进行干扰的波形。

图2 线圈跨距 1-18

图3 3阶绕组谐波

针对当前的振动问题，选用闭口槽（52槽）转子替代35槽开口槽，与1-18跨距的定子配合进行测试，发现23.8Hz和120Hz的振动仍然存在，并没有太大变化。最大振动速度值从4.96mm/s降低到3.17mm/s。仍然无法满足ISO 10816振动标准规定的2.3 mm/s。

最后选用定子组件的跨距为1-15，装上35槽的转子进行测试，发现23.8 Hz和120 Hz振动明显降低。总振动值降为0.95mm/s。图4为振动对比图（蓝色为改善前的振动频谱图。红色为改善后的振动频谱图）。

图4 振动对比图

通过软件分析发现，定子3阶谐波也已基本消失。（如图5所示）

图5 3阶谐波基本消失

4 结论

在对一些不能明显发现振动源点的电机，可以通过先分析振动频谱的频率点，以此来找出振动的根源，然后再解决振动问题。这是一个新的电机振动解决方法。本文就是通过该方法，发现振动的频率点是与定转子配合相关的。发现定子跨距的设计会影响整个定转子的耦合关系，从而影响电机的振动。最后解决了电机的振动问题。