探析风机振动的原因及处理黄爽

探析风机振动的原因及处理黄爽

黄爽

（国华能源投资有限公司呼伦贝尔分公司内蒙古自治区呼伦贝尔市021000）

摘要：现在，我国是经济发展的国家，在发电厂诸多设备中，风机是为发电工程供给能量的设备。风机运转过程中的首要问题就是操控其振荡。风机振荡影响电厂发电效率且容易产生安全事故，笔者结合该厂的风机针对现象和本身工作经验剖析了风机振荡的原因，并给出了详细的解决办法。

关键词：风机振动；原因；处理；故障分析

引言

风机的主要原理是将运动中的机械能转为气体，从而为发电提供条件。在发电厂，风机是不可短少的设备。因为运转环境差，工程杂乱，发电厂的风机应进行定时检测和维护。因而，有必要对其振荡的原因尤其是处理办法进行剖析。

1风力发电机及其分类

1.1风力发电机

风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。

1.2风力发电机分类

1.2.1按照机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

1.2.2按运行特征和控制方式划分

按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。

1.2.3风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。

1.2.4按结构以及运行原理

对于常用的风力发电机，根据其具体的结构以及运行原理，可以将其具体的分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。不同的发电系统所用的发电机不同，恒速恒频风力发电系统常使用异步感应电机和电励磁同步电机，异步感应电机运行稳定、结构简单、使用维护方便、环境适应性强，但运行范围较宅。电励磁同步电机可靠性高、频率稳定、电能质量好。变速恒频风力发电系统使用的电机类型比较多，常用的有笼型异步电机、绕线式异步电机、永磁同步电机、混合励磁永磁同步电机、开关磁阻发电机、高压发电机、储能式发电机等。

2风力发电机的工作原理

风力发电机在运作的过程中，当空气流过叶片时，空气动力效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴联结齿轮箱而产生机械能，经过齿轮箱加速后产生动能，带动发电机发电，最终成为电能。风力发电机动能转化为机械能采用的是空气动力学原理，并非风推动叶轮叶片，而是通过风吹过叶片形成叶片正反面的压力差，这种压力差会产生升力，从而促使叶轮旋转并不断横切风流。一般空气动力包括两部分，一部分是当气流绕物体流动时，物体表面的流动速度发生变化引起气流压力的变化，从而对物体产生合成的压力；另一部分是气流绕物体流动时，在物体附面层内由于气流黏性作用而产生摩擦力。将物体表面这两种力合成起来便得到一个合力，这个合力就是空气动力。

3风力发电技术的发展趋势

近年来，因为国家的重视以及政府的扶持，我国风力发电技术的发展十分迅速，很多地区都已经建立了完善的风力发电场，并且在建设的过程中采用了新的叶片技术、新型发力风电机、新型电力电子技术等智能优化风力发电系统，提高了风力发电系统的可靠性和恶劣环境下的安全性。

在研究的过程中发现，对一些巨型机采用延长叶片会使运输和安装成本增加，因此分段式叶片技术应运而生，很好的解决了运输和安装问题，同时采用强化碳纤维增强叶片刚度，玻璃钢和热塑等混合纱丝制造叶片，缩短了叶片的生产时间。采用无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机也降低了成本，提高了可靠性，便于设备维修及养护，新型风力发电机的研制仍然是当前的重要任务。新型大功率变化器的研究和应用势在必行，多电平变化器相对两电平变换器显著的降低了功率器件的开关损耗，大幅度的提高了转换效率，同时，新型储能技术也日益受到了人们的关注，起到了维持电网频率稳定的作用。

4风机的振动分析方法

（1）系统定位功能，系统定位功能是通过旋转振动实时监测设备来完成故障的查找，安全性分析以及振动的处理。其具体功能包括系统振动诊断、远程监测、振动来源分析和振动处理。系统要具有振动监测和系统诊断功能，利用这一功能可以进行时域的波形分析、轴心轨迹分析。然后借助FFT实现时域信号频域的转换，从而得到功率谱幅值谱和相位谱。此定位系统的优势在于能够分析瞬间的振动数据，从而查找出振动原因。同时，能够根据振动数据的分析自动回执轴心轨迹图、动态波形图等多种振动原因波形图，方便对于机组运行状态的分析，了解振动产生的原因和提供处理方案。

（2）风机监测系统的结构和功能，风机振动监测系统的设计是为了及时发现已出现的振动。系统中具有风机振动分析功能，分析界面以及其他数据导入功能，是通过构建电厂局域网而实现运行状态。在网页下进入振动分析系统界面，可实现对叶轮的污垢、运行监测。启停数据和振动输入可以根据提供的格式写成二进制文件，存储于数据库中，一旦出现振动，就会给出提示。

5风机振动处理

基于风机防振动的重要性，有必要对其针对处理方法进行分析。在电厂设备运行过程中，应建立实时监测系统，对其进行监控和处理。

（1）风机振动处理国外发展现状，在风机的振动原因中，转子的不平衡影响因素是可控因素，但具有一定的技术难度。从1982年开始，德国、美国等科学家研究了轉子的转动频率，利用计算的方法求出转子不平衡的分布以及数值，这样在设计阶段就可以避免其振动频率与风机同频。但由于转子结构复杂，在计算过程中存在诸多影响因素，即使是经过周密计算的转子，也要在运行过程中实施监测，一旦出现与风机振动频率相同或者接近的现象，要及时处理，严重的要停机处理。

（2）国内常用动平衡方法简述，在我国，解决的办法通常为动平衡处理，这一方法的使用上处于理论与实际结合的阶段，我们对其进行简单分析。目前，主要应用的方法有振动分离法和影响系数法，但在技术上和计算方法上均存在一定的差异性，测试结果的可信度不高。测试过程一般是按某种技术要求平衡一次，未达到要求则需要再次平衡处理。动平衡法的合理应用还需要技术的革新以及操作人员丰富的经验，以免不能查出振动的原因反而造成设备多次启停，影响了设备的寿命。

结语

电气一次设备的运行状况对电网供电的安全与可靠性起着决定性影响，在电厂的整个电网体系中发挥着关键作用。检修电气一次设备是电厂作业的重要部分，以往的检修办法功率低下，本钱过高，无预见性，针对性也低。因而，改造检修准则，建立健全状况检修准则是一次重要改造，它将状况监测放在首位，将检修置于次位，根据不同设备提供针对性的详细检修办法。它不但可以进步生产的安全性与可靠性，降低检修的本钱，进步设备的功率与企业的经济效益，并且还可以培养技术人员选用科学思维与办法对问题进行剖析，构成注重实践，脚踏实地的风格与注重实践、开拓创新的精力。此外，还使很多底层设备管理人员从执行者变为决策者，增强其主人翁认识与责任感，这是时代的要求，是社会主义市场经济的要求，也是电企本身发展的需求。

参考文献：

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[2]龚洋.新形势下风力发电机原理及结构分析[J].现代商贸工业，2016，37（14）：185-186.

[3]赵英庆.风力发电机原理及风力发电技术[J].科技资讯，2015，13（25）：25-26.