大電機共振問題診斷及仿真分析

振動現象無所不在，共振引起的設備故障也是隨處可見，但是振動現象是抽象的，是不容易找到根源的，只要有振源的設備就存在振動現象，當然也可能產生共振問題。（因此，不要說你的車子開到多少邁都不會共振，那只是車身設計時各結構的共振點已經避開了發動機的常用轉速，或已經被阻尼耗散掉。）

今天給大家分享一臺大型發電機的共振問題的解決辦法。發電機轉子掛在軸承上，轉子要旋轉就會有質量偏心引起的激振（所以大家的車輪要做動平衡），但是結構自身有無數個模態對應的共振頻率，激振頻率與某個主要振型的頻率接近時必然共振，我們一般考察低階模態，因為低階模態激起的有效質量較大，振幅明顯。

這個電機的轉速上升到某個數值時，現場發出巨大的嘯叫聲，緊接著振動傳感器報警并強制停機，說明電機發生了明顯的共振現象。接下來就是工程師們著手給機組進行“診療”的過程了。

振動理論談論的永遠是一個質點通過具有一定剛度的柔性體連接到地基的結構，這里的“質點”離散化后就是參振的轉子及定子，“柔性體”是電機整體結構。大家知道頻率是由質量和剛度決定的，當電機轉子橫向振幅過大，而我們無法對轉子質量做較大改動時，只能從剛度入手來改變對應振型的剛度。

而通過仿真方法獲得整個電機的各階共振模態不是一件容易的事情，因為轉子自身的彎曲剛度、軸承的壓縮剛度、機座零部件及其連接剛度，以及地基的固定方式等，都會影響整機的共振頻率，比較關鍵且較難準確模擬的因素有：轉子鐵芯的彎曲剛度、軸承剛度、機座各部件的連接定義、地腳的約束方式等。

   轉子和定子上有許多硅鋼片，硅鋼片既不能直接簡化成實心金屬，又不能忽略其剛度影響；機座是一個裝配體，端蓋與機座是螺栓連接，顯然只通過簡單的螺栓連接其剛度是嚴重不足的；軸承更是一個關節環節，因為整個轉子質量都通過軸承落在機座上，軸承不能做成強度分析那樣的實體結構并通過接觸來傳遞載荷，因為模態分析是線性問題；地腳的固定方式更是讓人摸不著頭腦，因為一旦整機豎向振動，向上的剛度和向下的剛度是不一樣的。

落實了上述幾個關鍵問題后，且其余結構處理合理，我們基本可以進行整機的模態分析了。

       通過模態分析結果，我們可以得出一系列模態對應的振動頻率和振型，然后根據電機出問題時的轉速和電流激振頻率，找出哪一階模態是引起共振的模態，找出變形較大的區域，也就是找到了“病根”，此時你可能會發現不止一處結構需要改進，因為剛度問題往往不是一個結構的問題，說白了就是一群弱者組成的群體仍然是一個弱勢群體的問題，你需要一個個改進。

結構的改進必須是有依據的，是由振頻率對應的振型來決定的，每一臺電機的改進方式都是不一樣的，否則就是徒勞，這個電機改進的部位有：

殼體修改：

①    添加環筋；

②    添加斜支撐；

③    縱向方鋼更換為8條縱筋；

④    移動軸承跨距；

⑤    增加端蓋厚度

⑥    增加底部墊板厚度

轉子修改：

①    修改輻板寬度；

②    延長輻板；

③    增加轉子光軸部分直徑；

④    移動軸承臺階；

軸承修改：

①    修改軸承型號及類型

經過一系列修改后，整機低階共振頻率提高了25%以上，共振點已經遠離工作轉速，不會再產生共振問題。

文章轉載自微信公眾號：SmartFEA   歡迎關注微信公眾號