大电机共振问题诊断及仿真分析

发布者:开物科技

振动现象无所不在,共振引起的设备故障也是随处可见,但是振动现象是抽象的,是不容易找到根源的,只要有振源的设备就存在振动现象,当然也可能产生共振问题。(因此,不要说你的车子开到多少迈都不会共振,那只是车身设计时各结构的共振点已经避开了发动机的常用转速,或已经被阻尼耗散掉。)

今天给大家分享一台大型发电机的共振问题的解决办法。发电机转子挂在轴承上,转子要旋转就会有质量偏心引起的激振(所以大家的车轮要做动平衡),但是结构自身有无数个模态对应的共振频率,激振频率与某个主要振型的频率接近时必然共振,我们一般考察低阶模态,因为低阶模态激起的有效质量较大,振幅明显。

这个电机的转速上升到某个数值时,现场发出巨大的啸叫声,紧接着振动传感器报警并强制停机,说明电机发生了明显的共振现象。接下来就是工程师们着手给机组进行“诊疗”的过程了。

 

振动理论谈论的永远是一个质点通过具有一定刚度的柔性体连接到地基的结构,这里的“质点”离散化后就是参振的转子及定子,“柔性体”是电机整体结构。大家知道频率是由质量和刚度决定的,当电机转子横向振幅过大,而我们无法对转子质量做较大改动时,只能从刚度入手来改变对应振型的刚度。

而通过仿真方法获得整个电机的各阶共振模态不是一件容易的事情,因为转子自身的弯曲刚度、轴承的压缩刚度、机座零部件及其连接刚度,以及地基的固定方式等,都会影响整机的共振频率,比较关键且较难准确模拟的因素有:转子铁芯的弯曲刚度、轴承刚度、机座各部件的连接定义、地脚的约束方式等。

转子和定子上有许多硅钢片,硅钢片既不能直接简化成实心金属,又不能忽略其刚度影响;机座是一个装配体,端盖与机座是螺栓连接,显然只通过简单的螺栓连接其刚度是严重不足的;轴承更是一个关节环节,因为整个转子质量都通过轴承落在机座上,轴承不能做成强度分析那样的实体结构并通过接触来传递载荷,因为模态分析是线性问题;地脚的固定方式更是让人摸不着头脑,因为一旦整机竖向振动,向上的刚度和向下的刚度是不一样的。

落实了上述几个关键问题后,且其余结构处理合理,我们基本可以进行整机的模态分析了。

通过模态分析结果,我们可以得出一系列模态对应的振动频率和振型,然后根据电机出问题时的转速和电流激振频率,找出哪一阶模态是引起共振的模态,找出变形较大的区域,也就是找到了“病根”,此时你可能会发现不止一处结构需要改进,因为刚度问题往往不是一个结构的问题,说白了就是一群弱者组成的群体仍然是一个弱势群体的问题,你需要一个个改进

结构的改进必须是有依据的,是由振频率对应的振型来决定的,每一台电机的改进方式都是不一样的,否则就是徒劳,这个电机改进的部位有:

壳体修改:

    添加环筋;

    添加斜支撑;

    纵向方钢更换为8条纵筋;

    移动轴承跨距;

    增加端盖厚度

    增加底部垫板厚度

转子修改:

    修改辐板宽度;

    延长辐板;

    增加转子光轴部分直径;

    移动轴承台阶;

轴承修改:

    修改轴承型号及类型

经过一系列修改后,整机低阶共振频率提高了25%以上,共振点已经远离工作转速,不会再产生共振问题。

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