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主动力功率不匹配对设备振动的影响
张笑如;张辉
【摘要】采用离线振动监测系统,利用振动监测故障诊断技术和红外热成像技术长
期对设备的无名大幅振动(非零部件故障振动)进行监测诊断研究,通过理论分析和诊
断实例验证探讨主动力功率不匹配对设备振动的影响.结果表明,设备主动力功率不
匹配将激发设备振动,导致设备振动幅度大,振动频谱特征是振动主频为 1 倍转速频
率,所以,在设备更换传动电动机的维修中需要将功率匹配考虑在内,以免造成维修设
备二次故障.
【期刊名称】《中国造纸学报》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】7 页(P32-38)
【关键词】机械设备;功率匹配;振动;频谱特征;状态监测;故障诊断
【作者】张笑如;张辉
【作者单位】南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室,江苏南
京,210037;亚洲浆纸金东纸业(江苏)股份有限公司,江苏镇江,212132;南京林业大学
江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室,江苏南京,210037
【正文语种】中 文
【中图分类】TS766+.1
现代化造纸机械具有大型化、高速化、连续化、结构与运行复杂、科技含量高等特
点,因此,其运行过程的监测与维护要求与航空、发电等重要机械相当。机械振动
是所有机器系统运行时普遍存在的现象,但长期且较大幅度振动对设备功能的可靠
性和寿命有显著影响。在现代化造纸机械的状态监测与故障诊断过程中,常遇到无
名大幅振动(非零部件故障振动)。与故障振动相比,无名大幅振动的原因剖析难度
更大,也是状态监测技术的重要难题之一。通常,机械在正规设计时是按照需要的
传动功率进行匹配设计,但在生产现场中,因为技术改造等因素考虑不周或备品缺
乏而寻找替代品时,往往忽略了功率匹配的重要性。笔者基于在长期的生产线设备
振动监测中,跟踪研究无名大幅振动,并通过理论原理分析和诊断实例验证探讨了
主动力功率不匹配对设备振动的影响。研究发现,主动力功率不匹配会造成设备振
动幅度大、噪音大或温度异常,甚至对运行设备造成直接损害。
1 功率匹配与机械振动原理
1.1 功率匹配
(1)功率匹配的概念
通常,机械设备的驱动是由电动机实现的。电动机的输出功率在负载设备额定功率
的最佳工作点或最佳工作区被称为功率匹配 ;偏离该点或该最佳工作区被称为功率
不匹配。
(2)功率匹配的设计
以泵为例说明如何选择功率匹配。泵轴功率是电动机传给泵的功率,每台泵在出厂
时都会提供设计点(特定流体、流量和扬程)的泵轴功率以供配电机参考。在实际运
行时,考虑到泵的工况点变化及电动机输出功率因功率因数关系带来的变化,电动
机传给泵的功率应有一定余量。根据理论研究和实践验证 ,通常的经验作法是电动
机输出功率大于泵轴功率,其余量(即电动机实际输出功率与泵轴功率的比值)见表
1 ,并根据国家标准 Y 系列电动机功率规格选配。
表 1 电动机实际输出功率与泵轴功率的比值泵轴功率/kW 电动机输出功率与泵轴
功率的比值 0.12 ~0.551.30 ~1.500.75 ~2.21.20 ~1.403.0 ~7.51.15 ~
1.25111.10 ~1.15
根据 API 610 标准,电动机的额定功率至少应按照下面给出的额定条件下功率的
百分数配备,即电动机铭牌额定功率(N)与泵额定功率之比的百分数(y) :当N≤22
kW 时,y 为 125% ;当N 为 22 ~55 kW 时,y 为 115% ;当N55 kW 时,y
为 110%。
1.2 功率不匹配引起机械振动的原理及影响因素
功率不匹配就会造成“大马拉小车或小马拉大车”。对于风机和泵等输送流体设备
而言,功率不匹配不仅是能耗问题,而且造成电动机的输出功率不在负载设备额定
功率的最佳工作点或最佳工作区,使泵或风机输出的压力和流量无法与负载压力及
流量相适应,从而影响系统效率。根据物理学与机械传递力学理论,功率不匹配会
使传动设备与被传动设备体量差异过大,进而影响惯量匹配;而惯量不匹配意味着
动量传递不好;动量传递不好就会产生冲击、振动、松动等现象 ,造成电动机和负
载惯量轻的运动不平稳 ,容易产生大的振动,有时还会发出撞击声。
2 研究手段及其技术原理
2.1 研究手段
美国 CSI 离线振动监测系统包含监测软件和测量硬件。其中 ,监测软件为 CSI
RBM 软件,该软件靠多个功能模块对设备状态进行管理,建立的各个厂区设备的
数据库存于该软件平台中(见图 1)。软件有存储数据、修改数据库、记录趋势、路
径传输、分析频谱等诸多功能。监测人员利用该软件实现设备离线振动监测和精
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