第4章 設(shè)備振動及平衡

1、第4章設(shè)備振動與平衡設(shè)備振動與平衡4.1 設(shè)備振動的基本特性4.2 設(shè)備振動的原因4.3 設(shè)備振動的測量4.4 旋轉(zhuǎn)體的平衡4.1設(shè)備振動的基本特性設(shè)備振動的基本特性4.1.1轉(zhuǎn)子的渦動轉(zhuǎn)子的渦動4.1.2 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速4.1.3剛性軸和柔性軸剛性軸和柔性軸4.1.1轉(zhuǎn)子的渦動轉(zhuǎn)子的渦動 圖4.1 單盤轉(zhuǎn)子4.1.1轉(zhuǎn)子的渦動轉(zhuǎn)子的渦動4.1.2 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速1 1 回轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響回轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響2 彈性支承對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響彈性支承對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響1 1 回轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響回轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響2 彈性支承對轉(zhuǎn)子

2、臨界轉(zhuǎn)速的影響彈性支承對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響當(dāng)軸承座完全不變形時(shí)，支點(diǎn)才能在轉(zhuǎn)子運(yùn)動時(shí)保持不動。實(shí)際上，軸承座是有彈性變形的，此時(shí)軸承座就相當(dāng)于彈簧與彈性轉(zhuǎn)軸相串聯(lián)。軸承座與彈性轉(zhuǎn)軸串聯(lián)后，其總的剛度要低于轉(zhuǎn)軸本身的彈性剛度，因此彈性軸承座可使轉(zhuǎn)子的進(jìn)動角速度或臨界轉(zhuǎn)速降低；減小軸承座剛度可以使臨界角速度顯著降低。另外，轉(zhuǎn)子在油膜剛度、基礎(chǔ)剛度等改變時(shí)，其臨界轉(zhuǎn)速數(shù)值也有一定的變化。4.1.3剛性軸和柔性軸剛性軸和柔性軸 剛性軸是工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸；柔性軸是工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸。通常，小型設(shè)備可視為剛性軸，大型設(shè)備可視為柔性軸。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)盡快越過臨界轉(zhuǎn)速，不允許停留，否則設(shè)備

3、將發(fā)生劇烈振動。4.2 設(shè)備振動的原因設(shè)備振動的原因4.2.1旋轉(zhuǎn)體不平衡旋轉(zhuǎn)體不平衡4.2.2 轉(zhuǎn)子同軸度超差轉(zhuǎn)子同軸度超差4.2.3 緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密4.2.4 轉(zhuǎn)動部分與靜止部分發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)動部分與靜止部分發(fā)生摩擦4.2.5 軸承工作不正常軸承工作不正常4.2.6 電氣方面的缺陷電氣方面的缺陷4.2.1旋轉(zhuǎn)體不平衡旋轉(zhuǎn)體不平衡設(shè)備轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心偏離旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會形成一個強(qiáng)迫振動的干擾力，引起設(shè)備的振動。如轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為m，其重心偏離旋轉(zhuǎn)中心線的距離為e，當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，則產(chǎn)生的離心力為對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，由于角速度很

4、大，所以即使偏心距e很小，也足以產(chǎn)生很大的干擾力。因此，旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量不平衡，往往是引起機(jī)組振動的主要原因之一4.2.1旋轉(zhuǎn)體不平衡旋轉(zhuǎn)體不平衡1 旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類2 旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生不平衡的原因旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生不平衡的原因3 由轉(zhuǎn)子不平衡所造成振動的特點(diǎn)由轉(zhuǎn)子不平衡所造成振動的特點(diǎn)1 旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類1 旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類旋轉(zhuǎn)體不平衡的種類2 旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生不平衡的原因旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生不平衡的原因轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡可能有以下幾方面的原因：（1）制造上殘留有較大的不平衡。由于制造上的原因，高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)子，會出現(xiàn)各部分厚度不均、材料有砂眼、氣孔、加工時(shí)產(chǎn)生的圓度不夠、偏心以及裝配時(shí)

5、旋轉(zhuǎn)中心不重合等，這些都可以造成或多或少的不平衡質(zhì)量。因此，生產(chǎn)廠家在轉(zhuǎn)子裝配完成后，要根據(jù)不同要求進(jìn)行轉(zhuǎn)子的找平衡試驗(yàn)。（2）轉(zhuǎn)子的永久變形。產(chǎn)生的原因是由于轉(zhuǎn)子出廠過久或在運(yùn)輸過程中造成轉(zhuǎn)子的彎曲等。（3）轉(zhuǎn)子上有零件松動或轉(zhuǎn)子部件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)有不對稱位移。轉(zhuǎn)子一般在低速下進(jìn)行平衡校驗(yàn)，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如有零、部件松動，即破壞了原來的平衡狀態(tài)，出現(xiàn)了新的不平衡。此時(shí)應(yīng)查出松動部位，重新進(jìn)行平衡校驗(yàn)。3 由轉(zhuǎn)子不平衡所造成振動的特點(diǎn)由轉(zhuǎn)子不平衡所造成振動的特點(diǎn)（1）不平衡轉(zhuǎn)子的兩個軸承，都有較大的振動。（2）在轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動特別明顯和強(qiáng)烈。（3）隨著轉(zhuǎn)速的上升，振動增加很快，這是因?yàn)?/p>

6、由不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比。（4）振動頻率與轉(zhuǎn)速相符，因軸承上干擾力的交變情況與轉(zhuǎn)速一致。（5）振動在空負(fù)荷時(shí)就達(dá)到最大值，與設(shè)備的負(fù)荷無關(guān)。造成轉(zhuǎn)子的不平衡原因是多方面的。因此，在試運(yùn)轉(zhuǎn)中，如出現(xiàn)振動過大的現(xiàn)象，首先應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子的平衡情況，它是造成設(shè)備振動的主要原因之一。4.2.2 轉(zhuǎn)子同軸度超差轉(zhuǎn)子同軸度超差 造成同軸度超差的原因是多方面的，主要有如下原因： 1）采用活動式或半活動式聯(lián)軸器時(shí)，由于安裝時(shí)調(diào)整不正確，主要特點(diǎn)是振動與負(fù)荷有關(guān)。 2）采用固定式聯(lián)軸器時(shí)，轉(zhuǎn)子軸線不同軸，此時(shí)振動特點(diǎn)與轉(zhuǎn)子具有不平衡時(shí)相類似，即空負(fù)荷時(shí)就發(fā)生振動，振動和負(fù)荷一般無明顯關(guān)系，振動頻率

7、與轉(zhuǎn)速相符。 3）由于墊鐵放置不標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)備不均勻的下沉，或由于管道的熱膨脹力作用，使設(shè)備同軸度被破壞。 4）由于滑銷系統(tǒng)不正常，如離心壓縮機(jī)和汽輪機(jī)等的滑銷系統(tǒng)間隙過小，使熱膨脹受阻，或間隙過大，熱脹時(shí)使同軸度破壞；或因其他熱變形而使轉(zhuǎn)子軸線發(fā)生變化等。由此種原因造成的振動，一般與設(shè)備的熱狀態(tài)有關(guān)，振動頻率和轉(zhuǎn)速相符。4.2.3 緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密 支承轉(zhuǎn)動的部件應(yīng)緊固可靠，使振動的能量能傳遞到基礎(chǔ)而被吸收。造成緊固件松動或緊固在基礎(chǔ)上的部分貼合不緊密的因素有：軸承座緊固螺栓松動；軸瓦與軸承座間的鎖緊力過小而使軸瓦松動；軸承座與基礎(chǔ)的

8、貼合不緊密；由于基礎(chǔ)不均勻下沉而引起基礎(chǔ)和設(shè)備基座間的貼合不緊密等。 由松動而造成的振動，其特點(diǎn)是振動不穩(wěn)定，在空負(fù)荷時(shí)就有振動。消除方法是查明松動部件并加以緊固。4.2.4 轉(zhuǎn)動部分與靜止部分發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)動部分與靜止部分發(fā)生摩擦 可能發(fā)生的摩擦部分，如離心壓縮機(jī)的密封齒和轉(zhuǎn)子、葉輪和隔板等。這種振動一般表現(xiàn)在摩擦處附近，可由傾聽內(nèi)部金屬摩擦響聲來加以鑒別。消除方法為調(diào)整軸向和徑向間隙。4.2.5 軸承工作不正常軸承工作不正常 潤滑系統(tǒng)供油不足，油溫過低，軸瓦間隙過大等，都可能造成油膜不穩(wěn)定或油膜破壞，并使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生振動，其特點(diǎn)是時(shí)有時(shí)無，振動頻率和轉(zhuǎn)速不相適應(yīng)，消除方法是對不穩(wěn)定的油膜采取相應(yīng)措

9、施。4.2.3 緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密緊固件松動或基礎(chǔ)和設(shè)備基座間貼合不緊密 大型電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中如出現(xiàn)振動問題，除了機(jī)械方面的原因外，還可能有電氣上的因素。 1 純電氣問題純電氣問題 2 由電氣方面引起的機(jī)械原因由電氣方面引起的機(jī)械原因 1 純電氣問題純電氣問題 如電動機(jī)轉(zhuǎn)子線圈一匝間短路、轉(zhuǎn)子與定子間隙不均勻、轉(zhuǎn)子與定子有橢圓度等，這些原因，使轉(zhuǎn)子和定子間的磁力在一周內(nèi)不均勻，從而出現(xiàn)一個周期性干擾力。這種純屬電氣原因引起的振動，只有當(dāng)加上勵磁電流后才發(fā)生，而且勵磁電流愈大，振動也愈明顯，根據(jù)這個特點(diǎn)，比較容易確定振動是否是由上述電氣原因造成。2 由電氣方面引起的機(jī)械原因由電氣

10、方面引起的機(jī)械原因 如電動機(jī)轉(zhuǎn)子本身或線圈受熱后，引起不規(guī)則熱變形，造成轉(zhuǎn)子在熱狀態(tài)下的質(zhì)量不平衡。這類振動與電動機(jī)的熱狀態(tài)有關(guān)，即在有負(fù)荷后的一段時(shí)間內(nèi)，才逐漸發(fā)生振動變化。 對于確屬電氣原因引起機(jī)組振動，一般要經(jīng)檢查并加以解決后才能運(yùn)轉(zhuǎn)。如是氣隙不均勻問題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。4.3 設(shè)備振動的測量設(shè)備振動的測量4.3.1設(shè)備振動的測量方法設(shè)備振動的測量方法4.3.2 振動測量測點(diǎn)位置的選擇振動測量測點(diǎn)位置的選擇4.3.3 傳感器的固定方式傳感器的固定方式4.3.4 測量信號與數(shù)據(jù)整理測量信號與數(shù)據(jù)整理4.3.5設(shè)備的允許振動值設(shè)備的允許振動值4.2.1旋轉(zhuǎn)體不平衡旋轉(zhuǎn)體不平衡4.3.2 振動

11、測量測點(diǎn)位置的選擇振動測量測點(diǎn)位置的選擇4.3.3 傳感器的固定方式傳感器的固定方式在振動測量過程中，傳感器必須和被測對象緊密接觸。如果在水平方向上產(chǎn)生滑動或者在垂直方向上脫離接觸，都會使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。通常傳感器使用的固定方式有：螺釘連接、膠合連接、磁鐵固定等方式。4.3.4 測量信號與數(shù)據(jù)整理測量信號與數(shù)據(jù)整理對測得的振動信號、數(shù)據(jù)(如動態(tài)的幅值、相位、功率和能量等)進(jìn)行分析研究，與允許值比較，來確定設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。目前廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析診斷。4.3.5設(shè)備的允許振動值設(shè)備的允許振動值4.3.5設(shè)備的允許振動值設(shè)備的允許振動值4.4 旋轉(zhuǎn)體的平衡旋轉(zhuǎn)體的平衡4.

12、4.1 靜平衡靜平衡4.4.2 動平衡動平衡4.4.3動平衡精度動平衡精度4.4.1 靜平衡靜平衡1 靜平衡校正條件靜平衡校正條件 2 靜平衡設(shè)備靜平衡設(shè)備3 靜平衡方法靜平衡方法1 靜平衡校正條件靜平衡校正條件 對于剛性旋轉(zhuǎn)體，如果轉(zhuǎn)子長徑比L/D0.2，稱為平面盤狀轉(zhuǎn)子。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量G（kg）與轉(zhuǎn)速n（r/min）的乘積大于1.5103時(shí)，雖然可以忽略不平衡力偶的影響，但應(yīng)進(jìn)行靜平衡。所以，靜平衡主要用于平面盤狀轉(zhuǎn)子的平衡，而動平衡主要用于柱狀轉(zhuǎn)子的平衡。2 靜平衡設(shè)備靜平衡設(shè)備3 靜平衡方法靜平衡方法3 靜平衡方法靜平衡方法4.4.2 動平衡動平衡1 動平衡的基本原理動平衡的基本原理2 動平衡校正的適用范圍動平衡校正的