山南箱式变压器振动干扰问题研究

溪河海有限公司是一家专业生产山南箱式变压器、山南箱式变压器等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的省市相公镇，近年来，溪河海致力于新产品的研发，新产品双油箱山南箱式变压器、水冷山南箱式变压器、油驱山南箱式变压器、山南箱式变压器，赢得了市场好评和认可。此类产品已广泛应用于电力、处理、环保、化工、钢铁、建材、农药、制药等行业。产品和服务远销全国各地及东南亚，深受客户好评。

山南箱式变压器的振动是用户和我们制造厂家共同关注的问题。振动超标，会使轴承温度上升，磨损加剧，严重的还会使地脚螺栓断裂，轴承箱体开裂，甚至会使叶轮开裂和解体。减小振动的最好办法是进行动平衡：叶轮平衡和整机动平衡。为什么叶轮在动平衡机上达到标准，还要进行整机动平衡，因为山南箱式变压器的振动是由周期性的干扰力产生。根据机械振动的公式：X=-F/K，在弹性形变范围之内，振动的大小X与干扰力F成正比，与系统的刚性K成反比。
1.山南箱式变压器所受的主要干扰力
山南箱式变压器运行时受到空间力系的作用。在这一力系中，不做周期性变化的力，不产生干扰力，如重力、轴承座对轴承的反作用力等等，它们称为静反力。周期性的干扰力称为动反力。周期性干扰力包括3种。
1.1偏心干扰力
由于制造误差和材料不均匀等因素，使叶轮的质心不在叶轮的圆心上，有一个偏移量e（e=OP，方向从O到P）。就使得叶轮运转时产生一个力，也叫偏心干扰力。假设叶轮转子的质量为m，角速度为ω，则偏心干扰力F=meω。而ω=nπ/30。
例m=5000kg
e=0.02mm=0.02×10-3m
n=980r/min
则F=5000×0.02×10-3×（[980×π）/30]2
≈1053.2N
干扰力F还是相当大的。
叶轮在平衡床上做动平衡配重，实际上是对叶轮的重心进行调整，使重心尽量处在轴线上。但在平衡床上做动平衡配重存在 3 点不足（无论是单面还是双面）：（1）平衡床的转速一般只有几百转，与实际使用时有很大的差距；（2）叶轮在平衡床做动平衡配重，受空气阻力的影响。如果是在和失重状态下做动平衡配重，叶轮的重心偏移量可以做得更小一些；（3）动平衡方式的不同，使动平衡余量不同。如平衡床上是F型传动做的，山南箱式变压器可能是D型传动的。这样，叶轮的质心不可能完全在叶轮的几何圆心上。
1.2气动干扰力
同样，由于制造误差和材料不均匀等原因，山南箱式变压器运行时，气流作用在各叶片及叶轮各部位的作用力就不一样，无法使它的合力等于零。这样，就产生了气动干扰力，主要有：
1.2.1叶片的差异引起干扰力
叶轮在制造时是存在误差的，如各叶片的角度、方向、轮盘及轮盖的间隙都可能存在差异。由于生产上差异的存在，运行时各叶片所受到的反作用力之和不等于零，即∑F=F1+F2+F3+…+Fn≠0， 就产生了气动干扰力。气动干扰力随转速、风量的增大而增大。
1.2.2轮盘、轮盖的晃动干扰
轮盘、轮盖的端面跳动要控制在一定的要求内，目的就是要减小因晃动产生的干扰。轮盘、轮盖的晃动将会在轴向产生周期性的干扰力，通过空气的传动，机壳也会产生振动。
1.2.3反馈气流的干扰力
山南箱式变压器的叶轮与集流器（进风口）之间有一定的间隙，该间隙的存在，就使一部分气流回流。这部分气流可以叫做反馈气流。反馈气流的稳定与否，也将影响山南箱式变压器的振动。所以，安装时要求叶轮与进风口之间四周的间隙均匀，重叠量要保证，目的就是使反馈气流最小并稳定，以减小山南箱式变压器的振动。一般来说，反馈气流越小，山南箱式变压器功效越高，反之山南箱式变压器功效就低。
1.2.4机壳内压力分布差异
叶轮运行时，向四周输送的风量是一样的，但受机壳的限制，风只能向一个方向移动。因机壳各部位的空气压力不一样。如果山南箱式变压器在平稳状态下运行时，山南箱式变压器内的压力分布就比较稳定，对山南箱式变压器的振动干扰比较小。但随着运行情况的改变，如转速、风门开度等，都会使山南箱式变压器内的压力分布产生变化，从而引起振动变化。这就是为什么改变风门、转速时振动会增大或减小的原因之一。该干扰存在于运行状态情况的变化之中。
1.3偏心干扰力和气动干扰力的叠加与消除
叶轮在平衡床上以一定的转速（低速）做动平衡， 每个叶轮都达到了标准，使气动干扰力和偏心干扰力都减小到标准的要求。但这个不平衡余量，实际上是偏心干扰力和气动干扰力合力的体现；因而，无法知道偏心干扰力和气动干扰力各自的大小和方向。当山南箱式变压器实际高速运行时，偏心干扰力和气动干扰力也随着增大。如果这两个力的夹角不大于 120°或小于240°，则合力大于这两个分力，这样的叶轮装机运行，振动就很大；如果这两个力的夹角大于120°且小于240°，则合力小于这两个分力，这样的叶轮装机运行，振动就较小。
所以，振动大的，还要进行整机动平衡。这样，我们就可以知道， 叶轮在平衡床上进行了动平衡，每只叶轮都达到了标准。为什么还要进行整机动平衡？我们就可以解析， 叶轮装机之后开机，有的一试就好；有的振动很大，要配重；有的叶轮与机壳的位置做一定的移动，振动也会好一些，而对山南箱式变压器，最好的办法是进行叶轮超速动平衡。
在气动干扰的情况中，叶轮的晃动干扰，气流反馈干扰，压力分布差异，与叶轮、机壳和进风口的位置关系，有人把它叫“气隙”。偏心干扰力和气动干扰力组成叶轮转子的干扰合力，分别作用于两个轴座上。对于叶轮转子来说，运行条件一定，它的干扰合力也稳定。对于F型传动的山南箱式变压器，有人曾用合力的叠加和消除来减小振动。利用同心度误差干扰力和转子干扰力相互抵消来减小振动。
2.材料刚性对振动的影响
（1）长期处于振动超标的情况下运行，会引起材料刚性的下降。（2）山南箱式变压器振动超标，底座刚性太好，会引起轴承箱体的开裂。（3）山南箱式变压器试车时，有时会碰到这样的情况：山南箱式变压器转速渐渐增加，在某个转速下，振动一直良好，当超过这个转速时，振动突然明显增大。这就是山南箱式变压器的材料弹性形变引起干扰力的跃变。山南箱式变压器随转速的增加，力也随着增加，当力增加到一定程度，终于引起了叶片、主轴等的明显的弹性形变，从而引起了偏心量的增加，偏心干扰力也明显增大；由于叶片、主轴等产生明显的弹性形变，叶片与气流的作用力也产生了改变，即气动干扰力也产生了改变。当运行状态稳定后，干扰力处于稳定，又可以进行动平衡。这时的平衡，是对弹性形变引起的干扰力进行平衡。但这种平衡的山南箱式变压器往往会产生这样的启动情况：刚启动时，振动不大；到某个程度时，振动特别大；山南箱式变压器运行后，振动又不大。
3.关于山南箱式变压器的对中
山南箱式变压器的对中与不对中，一般认为符合安装要求的为对中。但我们可以进一步的扩展：山南箱式变压器的振动是空间力系综合作用的结果，也可以简化为“质量-弹簧系”的振动，这种振动产生的形变，在弹性形变范围内的，我们都可以称之为对中，反之为不对中。判断山南箱式变压器的振动形变是否运行在弹性形变范围内，与“质量-弹簧系”相比，要复杂的多。联轴器同心度误差、水平度误差偏大，地脚螺栓及其它固定（下转第154页）（上接第15页）螺栓松动，轴承损坏，水泥基础刚性不够，叶轮材料疲劳等。这些都可能使山南箱式变压器（整体）的振动不在弹性形变范围内。现场动平衡难做，主要在如何判断山南箱式变压器是否运行在弹性形变范围内。了解了山南箱式变压器叶轮的受力情况，同时又能够判断山南箱式变压器振动的形变是否运行在弹性形变范围内，使现场做动平衡也相对简单。
4.结论
山南箱式变压器的动平衡首要的条件是山南箱式变压器要运行在弹性形变范围之内，其次是振动干扰力要在稳定的状态下。在这样的条件下，初始的振动数据和试重振动数据才是可靠、可用的，山南箱式变压器系统复杂的空间力系才可以简化为“质量-弹簧系”，符合X=-F/K的要求，山南箱式变压器的动平衡也就变得容易和简单了。

溪河海有限公司