电机变频改造后的振动分析与解决

朱明峰（中海油节能环保服务有限公司,天津　300457）

电机变频改造后的振动分析与解决

朱明峰
（中海油节能环保服务有限公司,天津300457）

摘要：应用多通道振动监测故障诊断系统分析电机变频改造后振动超标的原因，并通过现场动平衡进行整改，使电机运行正常。

关键词：电机变频；振动；现场动平衡

1　概述

泵与风机所消耗的电能几乎占到电厂厂用电的70～80%，由于设计等原因，电机普遍存在大马拉小车的现象。由于普通三相异步电机性能并不能完全符合变频调速的需要，在变频改造后会产生一些问题。

山东海化集团热电公司三电厂共有3台650t/h流化床锅炉，每台锅炉配置2台2400kW一次风机和2台1400kW二次风机，通过风门调节流量。2014年，中海油节能环保服务有限公司对12台风机电机进行了变频节能改造。改造后1#炉1#二次风机在频率37Hz左右时振动超标。最后分析可能是电机和风机存在动平衡问题，决定对其进行故障诊断。

2　振动监测与分析

2.1振动监测

对电机轴伸端、风机轴伸端、电机自由端的振动状态进行了在线监测，所用设备为LC-8000多通道振动监测故障诊断系统。典型振动数据见表1，典型频谱图见图1。

表1　振动数据表

2.2振动故障分析

2.2.1振动频谱图基础知识

（1）以一倍频为主频，二倍频为辅频或二倍频几乎为零，该波形产生的原因多为动不平衡，可通过动平衡校正来减小振动。

（2）以二倍频为主频，一倍频为辅频或与二倍频相差不大。该波形产生的原因可能是联轴器对中误差太大，需重新找正。

（3）以三倍以上的高倍频为主频，一倍频和二倍频很小或几乎为零。该波形产生的原因多数是地脚螺丝或基础松动，需要重新加固。

（4）强烈的径向振动，特别是垂直方向，出现3～10倍频，有时含有1/2倍频、3/2倍频等分数倍频分量，轴向振动很小或正常。该波形产生的原因可能是轴瓦或轴承间隙过大引起的机械松动，这时则需要重新修刮轴瓦或更换轴承。

2.2.2振动故障分析

振动监测结果显示，该电机当天振动并未超标，但轴伸端振动略高，且以一倍频振动为主，其它分量较小。该电机在变频工况下存在一个临界转速区间（工作转速在1102～1117r/min，相应工作频率在36.5～37Hz，一倍频约为18.5Hz），电机在此区间运行时，轴伸端水平方向空载振动47μm，比最高转速时振动还大，带负载后振动最高达60μm。

根据频谱特点，判定电机动平衡不良，且在1117r/min附近存在临界区，可通过现场动平衡来解决。

注：转子在一定转速下，某一阶固有频率可被转子的不平衡激起来，这个与固有频率有关的转速就叫临界转速。对于现实的转动系统，其转子上的各点的振幅达到最大值时的转速并不相等，而是存在一个临界转速区间。

3　处理措施及效果

现场动平衡的原理一般为影响系数法，其过程分四步：（1）首先测转子的振幅和相位；（2）给转子加一个试重，造成转子振动向量发生变化，测取加试重后的振幅和相位；（3）求出转子原始不平衡质量的大小和位置；（4）在原始不平衡的反方向，加一个平衡质量，使转子得到平衡。

目前现场动平衡可以直接使用相关的动平衡分析系统进行，其功能非常强大。除了具备上文中用到的幅值谱及相位谱监测功能外，动平衡分析系统还能根据输入的转子参数（没有也可以估算），结合现场运行数据，自动估算出合理的动平衡试重质量及相位，进而准确计算需加配重的质量及相位，是兼有判断功能及处理功能的理想工具。

对本项目，选取电机轴伸端风扇后盘作平衡面，估算试重为200g，加试重后测得平衡配重为90°处加251g，考虑到焊条重量，加配重230g。再次开机，测得最高转速下水平方向振幅16μm，临界区域振幅不超过25μm；带负荷后振动虽有所上升，但比动平衡前明显降低，最大振动不超过35μm，满足了生产需要。

4　结束语

电机振动超标是一种常见故障，引起电机振动的原因比较复杂，轴对中不理想、基础松动、轴瓦间隙过大、轴瓦紧力不足等都可能引起振动超标，但主要原因仍是转子不平衡。但变频器改造后，由于电机工作频率变宽，转速变化范围大，很可能在临界转速下运行，振动会加剧，问题就会显现出来。通过现场动平衡，可使普通电机满足变频工况的使用要求。现场动平衡是旋转设备故障诊断和维护的有效手段，是消除现场电机振动的一项重要措施。

参考文献：

[1]韩捷，张瑞林等.旋转机械故障机理及其诊断技术[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2]安胜利，杨黎明.转子现场动平衡技术[M].北京：国防工业出版社,2007.

作者简介：朱明峰（1980—），男，2006年毕业于中国石油大学（北京），工学硕士。