APP下载

变频电机底座共振模态分析及改造案例

2018-02-01王江

中国新技术新产品 2018年3期
关键词:模态分析改造共振

王江

摘 要:电机广泛使用在机电领域,共振现象时有发生,危害极大。设备现场电机和底座发生共振,借助有限元软件和三维建模软件,从多种改造方案中选出最优方案,并现场改造,成功消除共振。

关键词:电机;底座;共振;模态分析;改造

中图分类号:TH122 文献标志码:A

0 引言

电机共振是机械和电气领域常见现象,共振会影响电机的正常运行,降低电机使用寿命,并且带来振动、噪声和效率降低。

某设备使用大型变频电机,通过电机底座固定在基础上,在设备运行时电机振动明显。利用有限元软件对该电机及底座进行模态分析,确定为发生共振。用三维软件建立原设备仿真模型,并加入多种底座的改造方案,再用有限元分析,确定最优的改造方案。设备现场按最优方案进行改造,共振消除。

1 现场振动情况及振动测量

電机空载,在较高转速时振动明显,拾取变频器频率和振动传感器信号,如图1所示。

图表说明:横坐标为时间,纵坐标为幅值;蓝线为电机输入频率,红线、绿线为电机前后轴承附近振动值。

空载时,振动信号在变频40Hz(电机额定50Hz,1494r/min)附近发生振幅明显提高,经分析为共振现象,共振频率为20Hz。

带负载运转测试,电机部分在变频46.8Hz时振动明显,共振频率为23.3Hz,共振频率发生上移,可能是电机受联轴器反作用力影响,本身固有激振频率改变。

2 计算机模型振动仿真

按原图纸建立三维模型,进行模态分析,前10阶模态见表1。

电机作为振动源,转子受轴承约束绕轴心旋转,激振方向主要是径向,即电机左右摆和上下振;根据经验,电机的共振主要在激振频率和二倍频时出现,即23.3Hz和46.6Hz。

通过模态分析,底座加电机的第一阶固有频率(图2)与现场共振相符,53.3Hz与激振二倍频46.6Hz相差14.4%,且振动形式相符,两者之间的误差应该是由模型及约束条件与实际不完全相符造成。

3 电机底座改造方案

经过近10种改进方案的对比,确定了最优的方案,模型如图3所示,改进思路如下(下文提到的固有频率都是一阶左右摆振型的固有频率):

(a)原模型的左右摆(下同)固有频率为53.3Hz;

(b)按照常规方法加固的频率为63.3Hz;

(c)在常规加筋基础上增加两对X型斜筋,固有频率为86.4Hz;

(d)X型斜筋换成V型斜筋,V底增加地脚孔,固有频率为81Hz;

(e)由于X型筋或V型筋施工难度大,换成两块贯通上下层的厚竖筋,固有频率为88.6Hz;

(f)在此基础上,增加上层水平横筋,固有频率为91.7Hz;

经过对比,确定最终改造方案f,固有频率由53.3Hz提高到91.7Hz,避开了倍频和二倍频范围(0Hz~50Hz)。

4 现场改造及效果

现场改造时,共增加钢板约70块。改造后,电机空转,拾取变频器频率和振动传感器信号,如图4所示。

与改造前测振曲线对比,同样测试条件下,电机全频率范围内的共振消失。

带负载运行,全频率范围内电机都没有出现振动强烈的情况,现场人员也确认,改造后变频器46.8Hz时的共振消失,运行过程中的振动也明显减轻。

结语

随着设备的大型化,底座刚度却提升不足,造成个别设备发生共振问题。经有限元软件仿真分析,确定了电机及底座存在共振。

通过设计优化及仿真,确定了较好的结构改进方案,现场进行改造施工,运行效果满意,共振消除。

这件案例的成功解决,为我们积累了此类问题的处理方法,同时,也从设计上加强了底座的刚度,根除了共振的可能。

参考文献

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[2]朱茂勋. 变频调速电机共振现象的分析[J].防爆电机,2009,44(1):42.

[3]徐建国.大型高速电机轴向振动的分析和处理[J].电机技术,2013(4):38-39.endprint

猜你喜欢

模态分析改造共振
安然 与时代同频共振
选硬人打硬仗——紫阳县党建与脱贫同频共振
CTA 中纺院+ 化纤联盟 强强联合 科技共振
基于ANSYS workbench六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析
300MW机组顶轴油系统改造
论电梯单开门改双开门的改造方式
改革是决心和动力的共振