離心式機(jī)器的振動(dòng)問題

1、中國石化集團(tuán)第五建設(shè)公司中級(jí)職稱技術(shù)論文題目：離心式機(jī)器的振動(dòng)問題2003 年 9 月 25 h離心式機(jī)器的振動(dòng)問題一. 離心式機(jī)器的振動(dòng)問題任何運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械都不可避免會(huì)有程度不同的振動(dòng)。在許多情況下， 振動(dòng)是有害的。它會(huì)加速零件的磨損，縮短機(jī)械的使用壽命，惡化操作 條件，對(duì)機(jī)器基礎(chǔ)和廠房建筑也有不良影響。振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，甚至造成嚴(yán) 重事故。要使機(jī)械避免不應(yīng)有的振動(dòng)，保證安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，施工時(shí)， 應(yīng)分析與解決振動(dòng)問題。離心式機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生振動(dòng)大多數(shù)由于轉(zhuǎn)子的不平衡力或不平衡力 矩所引起，離心式機(jī)器內(nèi)部的不平衡力或不平衡力矩主要來自轉(zhuǎn)了的不 平衡。離心式機(jī)器在安裝時(shí)，受材質(zhì)及加工技術(shù)等方面的影響，不可

2、避 免總有一定的誤差，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量也可能不均勻，這些都會(huì)使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心 不能與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心相重合。而偏移一定的距離，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，就 受到一個(gè)周期性變化方向的不平衡力。此外，由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、尺寸的影 響，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不平衡力矩。這些不平衡力或不平衡力矩隨轉(zhuǎn) 子一起旋轉(zhuǎn)，作用于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸上，并經(jīng)過軸承傳遞給機(jī)座，引起機(jī)器振動(dòng)。機(jī)械設(shè)備施工及驗(yàn)收規(guī)范(gb50235-98)對(duì)離心式機(jī)器軸承處的振動(dòng) 值有明確規(guī)定，如表1所示，現(xiàn)場轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的安裝使用說明書都給出了 震動(dòng)值要求。必須嚴(yán)格按技術(shù)要求執(zhí)行并如實(shí)在交工資料試運(yùn)轉(zhuǎn)記錄上 填寫。表1, 離心式機(jī)器軸承處的振動(dòng)位移幅值mm轉(zhuǎn)速(r/min)軸承處的雙

3、向振幅不大于三3750. 18>3756000. 15>6007500. 12>75010000. 10>1000-15000. 08>150030000. 06>300060000. 04>6000120000. 03>120000. 02從力學(xué)知識(shí)已知，任意一個(gè)彈性系統(tǒng)（如懸掛的單擺、彈簧、支承 的軸、梁等）當(dāng)受外力作用后，該系統(tǒng)會(huì)按一定的頻率振動(dòng)，這種振動(dòng) 稱為自由振動(dòng)。自由振動(dòng)的頻率稱為該系統(tǒng)的i古i有頻率，i古i有頻率是系 統(tǒng)的固有屬性，其數(shù)值與初始條件和所受外力的大小無關(guān)。當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng) 的頻率與它木身的固有頻率相等時(shí)，振動(dòng)最為強(qiáng)烈振幅最

4、大，稱為共振 現(xiàn)象，發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為該回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，在數(shù)值上就 是轉(zhuǎn)軸的固有頻率。離心式機(jī)器和所有機(jī)械一樣，也是由許多零部件組成。由于部件本 身和它們之間都存在著彈性，因此可以看成是彈性系統(tǒng)。這類機(jī)器的振 動(dòng)都是帶轉(zhuǎn)子的軸系統(tǒng)的振動(dòng)，實(shí)際上是帶有集屮載荷桿的振動(dòng)問題。 由于引起振動(dòng)的擾動(dòng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直，因此其振動(dòng)主要是轉(zhuǎn)軸的彎曲振 動(dòng)，轉(zhuǎn)軸作彎曲振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率的數(shù)目與其彎曲方式的數(shù)目，亦即 與其自由度有關(guān)。二. 彈性系統(tǒng)共振現(xiàn)象轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)象，也即彈新系統(tǒng)的共振現(xiàn)象，如圖1 所示：(o)0假設(shè)軸的質(zhì)量忽略不計(jì)，軸的兩端為較鏈支承，中間裝有一個(gè)轉(zhuǎn)子， 當(dāng)作一集中載

5、荷，其質(zhì)量為m。轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與軸的中心線不可避免地有一微 小偏心值e,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)，此偏心將引起一周期性變化的不衡力,此力使軸彎曲，產(chǎn) 生撓度y.。轉(zhuǎn)速越高，軸的彎曲也就越大，與此同吋，被彎曲的軸本身將 產(chǎn)生一彈心恢復(fù)力來抵抗彎曲，他和離心力c是大小相等而方向相反的。由材料力學(xué)可知，在一定支承情況下，軸的撓度y與彈性恢復(fù)力p 的大小成正比，即:y=pa式中 y軸的撓度；p彈心恢復(fù)力；a影響系數(shù)，相當(dāng)與單位力作用下所產(chǎn)生的撓度。工程上習(xí)慣用1/a二k表示，即p=ky式中k軸的剛度系數(shù)(彈性系數(shù))，相當(dāng)于使軸產(chǎn)生單位撓度 所需要的力。k值的大小與軸的材料、尺寸、載荷位置和支承方式等有 關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以o o

6、為中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，其質(zhì)量中心m的回轉(zhuǎn)半徑為y+e, 弓i起的慣性離心力為c=mo2 (y+e)o根據(jù)平衡條件，在任何時(shí)候離心力 c應(yīng)與軸的彈心恢復(fù)力p相平衡，即:°(y+e) =ky由此可得軸的撓度為：9id3-eey=k-m o2m«21999年洛陽石化總廠pta裝置的安裝施工中，兩臺(tái)攪拌器(攪拌器 軸轉(zhuǎn)速300r/min)中的一臺(tái)在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其振動(dòng)和噪音異常，測量結(jié)果為0.29mm和120db,其安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖如下:電機(jī)崔毀葉輪戒建咼1wij京邀示慰圈荃昭j支孩示瑕國區(qū)咄國2京裝和遠(yuǎn)轉(zhuǎn)示迓頤經(jīng)過認(rèn)真調(diào)査和多次實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)在貯罐施工中由于1貯罐本體上端法工面傾斜；2.攪拌

7、軸彎曲度超標(biāo)。引起攪拌器的支承架偏斜，從而使攪拌軸強(qiáng)制偏斜，在冋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)過程中，其幾何中心與回轉(zhuǎn)軸偏移，帶動(dòng)攪拌器振動(dòng)，產(chǎn)生噪 音。為此，改變罐體上法蘭面已不可能，只好建議老外將攪拌器軸 進(jìn)行調(diào)整，再次試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)值測量0.11mm，符合規(guī)范要求。三. 回轉(zhuǎn)體軸線偏移引起的振動(dòng)的控制安裝時(shí),聯(lián)軸器對(duì)中誤差和長軸支承點(diǎn)偏移,將造成回轉(zhuǎn)體的 兒何軸線與其回轉(zhuǎn)軸線發(fā)生偏移，引起機(jī)器的振動(dòng)，甚至損壞回機(jī) 器。因此現(xiàn)場安裝施工中，必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)要求， 以達(dá)到控制振動(dòng)和使用壽命的目的。聯(lián)軸器對(duì)中時(shí)因考慮機(jī)器在運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)的變化，主要包括負(fù)載、受熱變形、磁場影響。2001年安 慶石化總廠丙烯

8、睛裝置擴(kuò)能改造中塔底部兩臺(tái)油泵，由于其出口管 道在安裝過程中的誤差，導(dǎo)致泵出口法蘭處在與管道碰頭時(shí)受到額外載荷f,這樣就破壞了原來的對(duì)中精度。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測量其軸承 處的振動(dòng)值 分別為0.15mm和0.09mm,停機(jī)后復(fù)測兩臺(tái)泵的對(duì)中誤 差，百分表讀數(shù)和泵參數(shù)見表2o表2 p304a/b泵聯(lián)軸器對(duì)中數(shù)值（mm）和相關(guān)參數(shù)設(shè)備位號(hào)軸向表的 冋轉(zhuǎn)口徑（do）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承處振動(dòng)值（mm）泵轉(zhuǎn)速(r/min)ai/bj2/ b23/a4/b4p-304a4)2050.15/0.060.03/0.070.04/0.040.16/0.033000p-304b©20502/0.090.10/0.080.02/0.060.04/0.073000離心式機(jī)器技術(shù)文件中要求的聯(lián)軸器對(duì)中誤差為:徑向位移不人于0.05mm,軸向傾斜不人于0.10/1000o徑向跳動(dòng)測量如圖3所示,圖3測量示意圖a徑向表