空气悬浮风机振动各种频率的分析_空气悬浮风机

空气悬浮风机振动各种频率的分析：空气悬浮风机动态模型特性数值分析

　　空气悬浮风机是一种量大面广的通用机械，被广泛应用于化工、电力、水产养殖、污水处理等领域的各种气体输送，是一种重要的工业装备。空气悬浮风机结构复杂，形式多样，振动耦合严重，如果转子系统的固有频率和风机箱体的频率一致或相近， 则会引起箱体的共振，从而增锦工机振动噪声，因此空气悬浮风机的振动、噪声已成为妨碍风机提高工作效率、安全性和稳定性的重要因素[1]。空气悬浮风机在工作中主要承受转子不平衡力、气体脉动力、气体压力、齿轮啮合力、叶轮啮合冲击力等的作用， 使转子系统既扭转又弯曲，产生严重的疲劳破坏，这对其他零件也会产生很大的影响。因此比较准确地得到应力、应变的大小以及空气悬浮风机的固有频率和振型对其设计有很大的作用，空气悬浮风机的有限元模型在一定频率范围内能较好地表征其物理模型的动态特性。有限元法在振动噪声方面已经有了一定的研究，谭青等[2]对离心式鼓风机转子采用集中参数法建模， 利用传递矩阵法编程求解转子不平衡响应，并提出一种基于振型分析的最大值估算法。王加锋等[3] 对旋叶式压缩机转子建立有限元模型，分析了前10?阶的固有频率和振型，分析结果显示转子系统的振动形式主要有平动、转动和弯曲。李俊伟等[4]借助有限元分析软件，对回转平台各离散典型位置进行模态分析，计算出回转平台各典型位置状态下的固有频率和振型，计算结果显示振动程度最大处都在悬臂端。杨晓红等[5]针对异步风力发电机转子及端部风扇进行了建模和动特性有限元分析计算，采用分块兰索斯法对转子和风扇的前4 阶固有频率和振型进行了求解，结果显示风力发电机转子3 阶振型形变为弯扭耦合形变，1 阶、4 阶振型形变沿Y 轴方向，2 阶振型形变沿X 轴方向。张瑞华[6]利用有限元法对鼓风机框架式基础建立模型，采用共振振幅法，计算出结构固有频率、振型以及振动速度幅值，并根据计算结果，调整框架参数设计，从而达到隔振减振的效果。钱网生等

　　[7]采用低噪声结构设计和振动模态试验技术相结

　　合的方法，来降低船用空调通风机噪声。钮冬至 [8]利用ANSYS软件对轴流通风机叶轮振动特性进 行分析，建立了轴流通风机叶轮的有限元模型， 计算出叶轮的固有频率和振型。以上研究多是采用有限元方法对风机转子的振动特性进行数值计算，很少有针对风机整体模型进行谐响应分析的。对风机壳体和转子系统进行谐响应分析， 不仅能够确定风机运行状态下的振动特性，还可以得到壳体和转子表面的振动速度以及关键位置处的频率响应曲线，从而为风机振动噪声特性的数值研究打下基础。

　　采用Pro/E 和ANSYS workbench 有限元分析软件，对空气悬浮风机进行三维建模和有限元模态分析，获得的主要结论如下：

　　1）用ANSYS Workbench 对空气悬浮风机进行模态分析，计算了空气悬浮风机的前20 阶固有频率和

　　振型，并给出了具有代表性的非刚体模态前6 阶非零模态的固有模态和振型图；在模态分析的基础上揭示了空气悬浮风机机体的谐响应特性，并给出了空气悬浮风机进出口、前油箱、齿轮箱等部位的幅频响应曲线。

　　2）通过对转子系统和机体的模态分析发现，转子系统的第二阶固有频率和机体的第一、二阶固有频率非常接近，这极有可能引起耦合共振。转子系统振动形式主要表现为两转子的同向及反向摆动，长轴细端、齿轮段的摆动；机体的振动形式主要表现为机体整体的上下、左右摆动，主要变形位置在支撑腿处。机体谐响应分析显示机体在频率为300~500Hz 时振动比较剧烈， 在频率为400Hz 时出口、前油箱、齿轮箱等部位均出现振幅最大值。

　　3）空气悬浮风机动态特性分析是空气悬浮风机性能

　　分析的重要方法，计算获得的固有频率和固有振型可以用来预测空气悬浮风机各部件之间相互干涉的可能性，通过谐响应分析给出的发生共振时机体部位振动强度的大小，也为空气悬浮风机的优化和改进设计提供了重要的理论依据。

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空气悬浮风机振动各种频率的分析：空气悬浮风机壳体震动模态分析

　　磁悬浮风机是一种容积式压缩机械,兼备往复压缩机和离心风机的优点，在钢铁、建材、冶炼、石油化工等各工业领域应用广泛。空气悬浮风机壳体是轴、转子、轴承及同步齿轮等零件的安装基础和关键承载部件，运行时受各种复杂动载荷作用，不仅产生剧烈振动，还会辐射强烈噪声,影响传动部件使用寿命和环境安全。模态分析是预测与控制振动危害的重要手段，动态设计对风机减振降噪和安全运行具有重要意义。

　　风机壳体结构复杂，使得动力学行为受到诸多因素影响，精确分析很难实现。基于丁程结构的复

　　杂性，有限元技术是研究风机振动的有效工具,近

　　20年来得到了广泛应用。文[1]建立了BD型矿用对旋轴流式主通风机机壳有限元分析模型，采用

　　ANSYS软件壳单元SHELL6，对结构变形与强度进 行了计算，提出机壳强度和刚度富余度过大,在保

　　证性能的前提下优化了结构，减小钢板厚度，但没有涉及动力学问题。文[2]采用有限元法建立了中

　　心传动齿轮箱有限元静动力学模型，用I-DEAS软

　　件对壳体结构进行分析,对壳体壁厚进行优化设计,使齿轮箱的结构更为合理。文[3]通过实验测量方法分析了二叶转子磁悬浮风机振动特性，指出机体的垂向振动以四阶转速（64

　　Hz)为主,机体的 纵向和横向振动以一阶转速（16 HZ)为主，电机振 动以一阶转速（16 Hz)和三阶转速(48

　　Hz)为主，振动隔离设计应使扰动力频率（一阶转速)f髙于隔振 频率f。的2.5 -4.5倍，这是一种能够避免结构耦合

　　振动、经典而有效的工程减振措施。

　　从公开文献来看，涉及磁悬浮风机有限元动力学研究较少。本文以SSK125H型-叶转子磁悬浮风机为例，建立了风机壳体有限元模型，采用AN-SYS软件进行动力学计算与模态分析,为风机结构

　　动态设计与减振降噪提供理论依据。

　　1风机壳体动态分析数学模型

　　本文应用模态分析方法确定磁悬浮风机壳体的动态特性，包括固有频率、振型和稳态响应，采用有限元方法求解具有不规则几何形状机壳的振动

　　模态。

　　模态分析方法是以无阻尼系统的主振型坐标来代替物理坐标，将振动微分方程解耦得到独立的微分方程组，通过求解特征方程得到系统固有频率微分方程组，通过求解特征方程得到系统固有频率

　　和振型，最后通过坐标变换求得系统的稳态响应。

　　不考虑风机壳体的阻尼,有限元动态方程简化 为一个n自由度的线性定常二阶微分方程组，即

　　[M]{x} + [K]{x}={F} (1)

　　式中：[M]、[K]分别是机壳的离散化质量矩阵

　　和刚度矩阵；[x]是系统的位移列阵，即物理坐标;[F]是系统的激励力列阵，包括各种不平衡力、轴承 反力和气体脉动力等。

　　方程(1)一般是一个耦合方程,通过坐标变换 {x}=[&]{q}，可得到一个解耦方程，其中[&]是模态矩阵，{q}是模态坐标,即

　　mq

　　+kq=&F

　　(j=1,2,…，汀） (2)

　　式中:mi和ki分别为机壳的主质量矩阵元素和主刚度矩阵元素。

　　因此，有限元模态分析过程要求首先确定机壳因此，有限元模态分析过程要求首先确定机壳的质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]。

　　2风机壳体简化结构模型

　　磁悬浮风机壳体结构比较复杂,主要由机壳、墙板和油箱等几部分组成。风机壳体上分布有若干筋板、凸台、轴承孔和联接孔等,机壳与墙板、墙板与油箱等由螺栓紧固。图1给出了采用Solid-works绘制的风机壳体简化结构模型。为计算方便,

　　提出如图1所示的简化结构模型即机壳动力学模 型，忽略了过渡圆角、倒角、螺孔及肋板等影响，将

　　机壳视为表面分段光滑的筒体结构。

　　基本参数：叶轮中心距192mm，径距比1.32,

　　长径比1.36，机壳壁厚20mm,油箱壁厚16mm材料为45钢，杨氏模量200GPa,密度7800kg/m2,泊松比0.3。

　　3风机壳体ANSYS有限元计算模型

　　本文首先采用Solidworks软件绘制风机壳体三维实体结构模型,生成符合Parasolid标准的接口文件,再调用有限元ANSYS软件进一步分析处理。因此，本文采用CAD软件SoiidWorks建立风机壳体的

　　三维模型，通过PATA导入ANSYS有限元分析 软件。

　　风机壳体有限元网格划分模型如图2所示，选取20节点四面体Solidl86结构实体单元，采用自由网格划分,共划分单元数29183,节点数52283。坐

　　标系取沿叶轮轴向方向为2轴，进气口的中心线方 向为y轴4轴由右手定则确定。

　　由于风机壳体采用螺栓与基础连接，假设风机壳体刚性支撑，螺栓连接处完全约束。为简化计算，调用ANSYS的子空间迭代法对W机壳体的进行模态分析。子空间迭代法运算稳定,适宜与计算机

　　内存相匹配。

　　5.结语

　　由于隔震装置所采用的材料通常为高分子阻尼材料，而高分子阻尼材料通常表现为粘弹性性

　　质，所以采用线性或经典粘弹性阻尼-位移关系来 研究基础隔震体系的动力特性就显得不太合适。 本文基于分数导数理论、粘弹性理论和结构隔震理

　　论,研究了分数导数Kelvin模型描述的单自由度基 础隔震体系f动力特性，分析了阻尼比、分数导数

　　微分算子的tr数和频率比对隔震结构位移响应放 大比的影响，研究结果表明：分数导数微分算子的

　　阶数对隔震结构位移响应放大比的影响较大，且适 用范围较广；采用分数导数模型时，阻尼比对隔震 结构位移响应放大比的影响与经典粘弹性模型有

　　较大区别。这些研究为结构的隔震设计提供了参考。

空气悬浮风机振动各种频率的分析：空气悬浮风机振动的原因及解决办法

　　磁悬浮风机在正常运行中,发生的振动数值超过规定的技术要求时，应根据振动的特征，进行具体的分析，判断引起振动的原因。空气悬浮风机产生振动怎么去解决？为什么空气悬浮风机会振动？其实空气悬浮风机发出故障有很多因素导致的：

　　空气悬浮风机叶轮本身不平衡所引起的振动，其产生的原因有：叶轮上的零部件松动、变化、变形或产生不均匀的腐蚀、磨损；工作介质中的固体颗粒沉积在转子上；检修中更换的新零部件重量不均匀；制造中叶轮的材质不绝对匀称；加工精度有误差、装配有偏差等。

　　空气悬浮风机叶轮与主轴配合间隙过大。

　　主轴发生弯曲。

　　基础或机座的刚性不够或不牢，基础钢板薄弱、垫铁松动、位移；地脚螺栓松动等。

　　基础下沉、倾斜或有裂纹。

　　机组安装水平度不好，转子挠度有变化。

　　空气悬浮风机由于安装不良造成的联轴器中心找正误差过大。

　　联轴器与轴配合间隙过大；弹性套间隙过大或间隙不均。

　　机壳内有摩擦现象，叶轮歪斜与机壳内壁相碰。

　　集流器与空气悬浮风机叶轮之间的间隙不均匀，或有摩擦现象。

　　轴承磨损，间隙过大；轴颈磨损，轴承内套与轴颈配合间隙大。

　　输送介质通道是堵塞、锈蚀、污垢。

　　空气悬浮风机进风管道、出风管道安装不良。

　　各部位的连接螺栓松动。

　　电气方面的缺陷引起的振动：定子三相磁场不对称，由于三相电压不平衡，单相运行等原因导致磁中心错位；定子铁心或定子线圈松动，使定子电磁振动和噪声加大；电机气隙不均引起的电磁振动；转子导体故障，有松动的零件等。

　　磁悬浮风机的振动,大致可分为下列几种类型。运行中,空气悬浮风机与电动机发生谐振,振动的频率与转速相同,这主要是转子质量不平衡的结果。由于转子质量不平衡,转动时,每转一周,就要受一次由于不平衡所产生的离心力的冲击。振动就是这种离心力冲击的结果,或是由于轴产生了弯曲。

　　出现了这种现象的原因是:

　　①转子未经过平衡校正,或者是虽已校正,但配重铁块松动或位移。这时,就应检查平衡铁块位置,若不对须重新校对平衡。

　　②转子表面粘着脏物较多,如灰尘、油垢、铁锈等,破坏了转子的质量平衡。应清洗转子表面。

　　③轴向密封装置安装的不正确,使轴与密封环产生局部摩擦,引起轴的局部过热,而使轴产生弯曲。发现了这种现象,应及时检查密封环上、下间隙,矫直已弯曲的轴等。

　　④气体输送管道有无负荷急剧变化的现象,应检查磁悬浮风机进出口阀门及其管道有无脏物堵塞。

　　有时,振动是不定的,振动随负荷增加而加剧。这种现象的原因,多数是由于两半联轴器安装的偏差较大,应进行联轴器的找平与找正。若有些鼓风机是用三角槽轮带动时,应检查两三角槽轮轴是否平行,有无偏斜。

　　若运转中发生了局部振动,特别是在轴承箱部分振动尤为严重,而机体振动不甚显著,偶而还能听到尖锐的敲击声或杂音,这主要是轴承磨损、游隙过大或滑动轴承瓦衬与轴承体的紧力过小,使轴在运行中跳动而引起的。这时,应检查轴承间隙及磨损程度。

　　由于基础和机座联接不牢固,地脚螺栓松动、垫板松动或机座的刚性较差等也会使机器产生振动。应紧固联接螺栓或地脚螺栓。若振动中带有噪声,可能是润滑不良和机器内部摩擦所致,应进行润滑系统和机器内部的间隙检查。

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空气悬浮风机振动各种频率的分析：磁悬浮风机振动（震动）问题大剖析（真的长知识！）

　　首先来说一下更新此篇文章的缘由，今天早上有位网友添加我好友，咨询关于振动的问题，该朋友用的是德国锦工的空气悬浮风机，但是空气悬浮风机的振动很大，没有找到原因，也没有找到合理的解决办法，我告诉他联系厂家进行修复，该网友说到这是刚修复过的，因甲方不同意该振动幅度，所以该网友也很焦虑，锦工风机小编还是建议其继续联系原厂家进行修复处理，因为德国锦工属于比较知名的空气悬浮风机企业，一台锦工空气悬浮风机在国内出售的价格较为昂贵，技术也不会差，如果是机器本身的问题，联系原厂进行维修会更好一些。磁悬浮风机厂家

　　锦工风机小编了解到这样的情况之后，也查了很多资料，发现有很多网友也遇到过很多这样的问题，下面锦工风机小编将这些资料整理一下，然后分享出来，让大家涨涨姿势，也许以后会用得着。

　　引起磁悬浮风机振动大的因素较多，主要原因有以下几种：

　　1、地脚螺栓松动，主要表现在垂直方向振动较大。

　　2、联轴器找正不合格，表现有三点：一是轴向振动较大，二是与联轴器靠近的轴承振动较大，三是振动程度与负荷关系较大。

　　3、风机基础刚度差，故障特征为：一是振动频率为工频，振动时域波形为正弦波，二是垂直方向振动速度异常。

　　4、与风机连接的管道配置不合理，主要是与风机连接的防振接头老化，管道与风机形成共振。

　　5、同步齿轮啮合间隙大，齿面接触精度不够，也可导致水平振动超标。

　　6、转子不平衡，振动表现为：一是水平方向振动较大，且振动频率与转速同频，二是振动大小与机组负荷无关。

　　7、轴承损坏及轴系零件松动，主要表现在：一是轴承温度高并有异响，二是水平、轴向、垂直振动都有异常。

　　以上是磁悬浮风机振动的一些原因，但是不是全部原因，引起磁悬浮风机振动的原因有很多，不单单是几条能够完成的。锦工风机小编还和大家整理一些网友的讨论知识，也把这些给汇总了一下，看能否帮助到大家：

　　提问者说：型号：两叶的空气悬浮风机，型号RRE250，额定风压68kpa，电机直联传动，联轴器是弹性柱销套式。

　　问题：振动大不止一次了，上次因振动大，壳体、转子出现裂纹，直接返厂维修的，组装后厂家试车，出口压力到60kpa，振动速度为7.1mm/s。

　　现场情况：而回到现场后，把出口管路脱开直接排空，振动速度只有3.1mm/s。可出口加压到30kpa左右时，振动就到了临界值11.2mm/s（水平方向振动高），加压到50kpa时，水平方向振动速度就到了15mm/s。

　　附注：联轴器对中数据是符合标准的，基础也重新做过，比起厂家刚出厂时的基础要强多了。

　　请各位给分析分析原因，有没有碰到过类似的情况呢？

　　路人甲说：空载时，风机振动很小。随着负荷增大，振动也增大。这种现象，有可能是松动引起的，我讲的松动，不是地脚螺栓松动（这，可明显发现），而是配合松动，松动引起风机两个轴平行不对中，引发振动，即随负荷增大，振动增加。查一查与风机的轴承配合的轴，与轴承配合的孔的间隙。最主要的是：测一测振动频谱和振动相位，大家用频谱和相位为你分析风机产生振动故障真正原因。

　　提问者回答：修理过程都作过检查，包括配合间隙、轴承磨损情况和同步齿轮配合情况，也都符合标准啊。也看不到轴承跑外圈或跑内圈的情况。还有，在厂家试车时，排压上去之后也没有振动。到了现场反而不行了.接了像厂家试车时一样的试车管路也一样振动偏大。在风机振动是14mm/s时，基础水平振动大约在8mm/s，但垂直振速不是很高，又不像是基础刚性不足。现在是联系厂家，希望能给些指导了。

　　底座的地脚螺栓已经灌浆与基础一体了，而且底座是重新制作加固过的，比出厂所配底座要好多了。所以试到现在，也没有重点怀疑底座。今天按厂家的意见把橡胶波纹管拆掉，排气短管直接连风机排气法兰，然后试车到排压50kpa，风机振动速度降到了8mm/s！看来是橡胶波纹管有问题，现在准备把橡胶波纹管换到排气的消音器后面安装，再试试看。

　　路人乙说道：1、钢架比较单薄，按经验把钢架肚子里灌满。这个好像是自己焊接制造的吧。同时我注意到机器的宽度造成它的脚不在钢架的支架上，而在非常单薄的钢板上（下面空的）

　　2、作为风机，可以用橡胶管，但是管道必须固定死。我们不提倡用橡胶软管连接。空气悬浮风机出口压力还是有波动的哟。而且你照片中的管道根本没有固定，只有支撑、TAP块调节高度。

　　3、空气悬浮风机容易疏忽的是同步齿的啮合间隙、齿轮与轴连接处键槽的准确度决定了主副转子的相对90度角的准确。

　　注意到：根据你的震动数据，有共振的嫌疑。所以建议：1、灌满浆；2、管道硬连接；3、管道支撑尤其靠近风机的管道一定要固定死。

　　提问者回复道：硬连接时是合格的，指示空气悬浮风机允许硬连接么，不是都要加弹性接头缓冲么，不然管道热胀冷缩是不是对风机有影响。

　　根据这一系列的试车情况，我也感觉应该是基础有问题，后来没有对基础做修改，而是一直研究管道问题，先是做了大小头，降低出口的空气流速，试车振动超标；后来增加了4个立方的缓冲罐，接在风机后，打地脚螺栓固定，试车振动依然超标。现在准备再重新买台进口的，选到了锦工的三叶风机，人家的风机就宣称不需要地脚螺栓，整个机组直接放在混凝土水泥地面上就可以了。

　　除了基础可能有问题外，还感觉国产的双叶空气悬浮风机在刚性设计上还是有问题，我们的风机是厂家RRE250系列里风量和风压最大的，可能刚度不好。

　　路人丙说道：检查一下轴向窜量，我刚解决过一个一个类似的问题，如前面的路人说的一样，如果你不参与检修，发现原因可能很困难。我解决的一个问题就是我自己亲自测绘并计算，彻底解决了10年的一个老问题。

　　根据叙述，我猜测的原因，你的轴向窜量可能有问题，你的轴承定位不好，在运转时，随着压力的增大，你的振动烈度必然随着出口压力的增大而增大。你从轴承座开始一步一步的测绘，将两轴承的定位余量留出0.1mm左右，当然根据你的现场物料的温度确定，查查看看，应该可以解决问题。

　　认认真真读完这篇文章，我能够从中发现很多有用的知识，如果您有磁悬浮风机维修的问题，或者有采购风机的问题，可以联系我们的官方客服热线

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