離心壓縮機(jī)電機(jī)振動(dòng)的頻譜法分析與改進(jìn)

喻佩佩

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州鐵道分院，江蘇 常州 213011）

1 背景介紹

該離心式壓縮機(jī)是一種葉輪旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，型號(hào)為IHC 350A，風(fēng)壓為350kPa。壓縮機(jī)通過(guò)功率為355kW的電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)主軸葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴(kuò)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(jìn)氣部分進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體能連續(xù)不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機(jī)中氣體的連續(xù)流動(dòng)。氣體因離心作用增加了壓力，能以很大的速度離開(kāi)工作輪，同時(shí)氣體經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低了速度，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，進(jìn)一步增加了壓力。由于該類壓縮機(jī)所使用的電機(jī)功率等級(jí)高，電機(jī)體積較大。因此當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)會(huì)引起整個(gè)壓縮機(jī)的振動(dòng)，使壓縮機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)噪音，并會(huì)使元器件發(fā)生松脫，影響壓縮機(jī)的使用壽命。

2 電機(jī)振動(dòng)分析

電機(jī)振動(dòng)的主要來(lái)源有兩個(gè)方面：機(jī)械傳動(dòng)和電磁。通過(guò)在軸承部件處放置振動(dòng)傳感器，實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)到軸承處無(wú)明顯的振動(dòng)。因此把產(chǎn)生振動(dòng)的根源鎖定在電機(jī)的電磁方面。在對(duì)電磁噪音的改善時(shí)，通過(guò)增大定轉(zhuǎn)子氣隙、減小線圈內(nèi)部電流等常規(guī)方法試驗(yàn)，但對(duì)電機(jī)振動(dòng)沒(méi)有明顯改善。

圖1 振動(dòng)頻譜圖

在這樣的情況下采取分析振動(dòng)頻譜的方法，先找出振動(dòng)的頻率點(diǎn)，然后尋找影響電機(jī)振動(dòng)的原因。通過(guò)測(cè)試，振動(dòng)頻譜圖（如圖1）顯示電機(jī)在120Hz和23.8 Hz振動(dòng)較高。黃、紅、藍(lán)3個(gè)顏色對(duì)應(yīng)電機(jī)前、中、后3個(gè)位置的振動(dòng)頻譜。可以從波形看出三個(gè)位置的振動(dòng)差異不大。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，120 Hz振動(dòng)主要來(lái)源于電機(jī)的單邊磁拉力，只有頻率為23.8 Hz的振動(dòng)判斷不出振動(dòng)源。但是因?yàn)?3.8 Hz是一個(gè)頻率很低的低頻振動(dòng)，這類振動(dòng)頻率與定轉(zhuǎn)子之間的耦合相關(guān)，而定轉(zhuǎn)子的耦合關(guān)系主要體現(xiàn)在定子跨距與轉(zhuǎn)子槽數(shù)的配合關(guān)系上。

3 解決方案

當(dāng)前電機(jī)的定子組件的嵌線方式為（1-18跨距）與開(kāi)口槽（35槽）轉(zhuǎn)子配合組裝（如圖2所示）。

通過(guò)軟件分析，當(dāng)前的定轉(zhuǎn)子配合會(huì)使定子線圈內(nèi)出現(xiàn)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(jī)都有基波，基波屬于正常的正弦波，而3階繞組諧波是對(duì)電機(jī)進(jìn)行干擾的波形。

圖2 線圈跨距 1-18

圖3 3階繞組諧波

針對(duì)當(dāng)前的振動(dòng)問(wèn)題，選用閉口槽（52槽）轉(zhuǎn)子替代35槽開(kāi)口槽，與1-18跨距的定子配合進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)23.8Hz和120Hz的振動(dòng)仍然存在，并沒(méi)有太大變化。最大振動(dòng)速度值從4.96mm/s降低到3.17mm/s。仍然無(wú)法滿足ISO 10816振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)23.8 Hz和120 Hz振動(dòng)明顯降低。總振動(dòng)值降為0.95mm/s。圖4為振動(dòng)對(duì)比圖（藍(lán)色為改善前的振動(dòng)頻譜圖。紅色為改善后的振動(dòng)頻譜圖）。

圖4 振動(dòng)對(duì)比圖

通過(guò)軟件分析發(fā)現(xiàn)，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(jié)論

在對(duì)一些不能明顯發(fā)現(xiàn)振動(dòng)源點(diǎn)的電機(jī)，可以通過(guò)先分析振動(dòng)頻譜的頻率點(diǎn)，以此來(lái)找出振動(dòng)的根源，然后再解決振動(dòng)問(wèn)題。這是一個(gè)新的電機(jī)振動(dòng)解決方法。本文就是通過(guò)該方法，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)的頻率點(diǎn)是與定轉(zhuǎn)子配合相關(guān)的。發(fā)現(xiàn)定子跨距的設(shè)計(jì)會(huì)影響整個(gè)定轉(zhuǎn)子的耦合關(guān)系，從而影響電機(jī)的振動(dòng)。最后解決了電機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。