旋轉(zhuǎn)機(jī)械的共振與油膜振蕩附案例說(shuō)明

共振有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在啟動(dòng)升速過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到某個(gè)（或某些）轉(zhuǎn)速時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)急劇增大的現(xiàn)象。有的機(jī)器甚至在工作轉(zhuǎn)速下也會(huì)產(chǎn)生比較劇烈的振動(dòng)。這有可能是轉(zhuǎn)子處在臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而發(fā)生共振所致。機(jī)器設(shè)備上的每個(gè)零部件都有自己的“固有頻率”（又稱自振頻率）。當(dāng)機(jī)器的轉(zhuǎn)速等于固有頻率時(shí)，就發(fā)生共振。所以，當(dāng)機(jī)器在某一轉(zhuǎn)速下振動(dòng)增大時(shí)，就要識(shí)別是否存在共振。若屬共振，只要改變轉(zhuǎn)速（增大或減?。?，振幅就會(huì)下降。所以通過(guò)三維功率譜分析很容易確診。另外，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于工作系統(tǒng)內(nèi)存在有與轉(zhuǎn)速同步的激勵(lì)源，就會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于共振的“拍振”。比如有臺(tái)大型水泵的排出管段上截面突然改變而形成流體脈動(dòng)，其頻率與轉(zhuǎn)速十分接近，那么就會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似共振的強(qiáng)烈振動(dòng)。不過(guò)這種現(xiàn)象不會(huì)長(zhǎng)存，而是處在不斷的變化之中。還有，故障信號(hào)的諧波有時(shí)也是產(chǎn)生共振的一個(gè)因素，即“諧波共振”。諧波一旦消失（比如故障消除后），諧波共振也就不存在了。油膜振蕩有些高性能機(jī)械，如蒸汽渦輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、離心壓縮機(jī)、高速離心泵等，它們的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多屬于高速輕載。由于設(shè)計(jì)或使用方面的原因，軸承容易發(fā)生油膜不穩(wěn)定性，在某種工作狀態(tài)下，有可能發(fā)生高速滑動(dòng)軸承特有的故障——油膜振蕩。為了診斷油膜振蕩故障，需要了解油膜振蕩產(chǎn)生的條件、故障特征及處理方法。1）產(chǎn)生條件a）油膜振蕩發(fā)生在高速運(yùn)行的設(shè)備上，通常轉(zhuǎn)速頻率大于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速2倍以上；b）只出現(xiàn)在使用壓力油潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承上。2）初始現(xiàn)象滑動(dòng)軸承發(fā)生的油膜振蕩，是軸頸的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子自振頻率相吻合時(shí)發(fā)生的大幅度共振運(yùn)動(dòng)。往往來(lái)勢(shì)很猛，瞬間振幅突然升高，很快發(fā)生油膜破裂，引起軸頸和軸瓦間互相摩擦，并發(fā)生強(qiáng)烈的吼叫聲。如果處理不及時(shí)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞軸承和轉(zhuǎn)子。3）頻率特征油膜振蕩最重要的標(biāo)志是它發(fā)生時(shí)的振動(dòng)頻率（Hz）接近轉(zhuǎn)頻的一半，即：f=（0.43~0.48）fr某石油化工廠有一臺(tái)離心式冷凍壓縮機(jī)，自更換軸承架和主軸瓦以后，曾試車(chē)38次，均由于機(jī)器出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)和吼叫聲而告失敗。后經(jīng)振動(dòng)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)主頻率為92Hz，約為該機(jī)轉(zhuǎn)速頻率（213Hz）的0.43倍，判斷為油膜振蕩。后來(lái)通過(guò)修改軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，油膜振蕩問(wèn)題才得以根本解決。在判斷油膜振蕩故障時(shí)，要注意將其與別的具有類(lèi)似頻率特征的故障區(qū)別開(kāi)來(lái)，如轉(zhuǎn)子與定子摩擦，浮環(huán)密封被卡住失去浮動(dòng)作用而激起的振動(dòng)，以及葉輪中氣體激振力激起的振動(dòng)，均可產(chǎn)生半倍頻振動(dòng)。為了區(qū)別，需要結(jié)合設(shè)備的具體情況分析其產(chǎn)生的條件及頻率以外的其他相關(guān)因素。4）消除油膜振蕩的措施如果診斷屬于油膜振蕩，可采取以下一些整改措施：a）避開(kāi)油膜共振區(qū)，在設(shè)計(jì)時(shí)，要避免轉(zhuǎn)子工作在兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速附近；b）增加軸承比壓；c）減小軸承間隙；d）控制軸瓦預(yù)負(fù)荷；e）選用抗振性好的軸承；f）適當(dāng)調(diào)整潤(rùn)滑油溫；g）從其他方面分析并消除油膜失穩(wěn)的因素。診斷實(shí)例某化肥廠的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組，從1987年開(kāi)始振動(dòng)漸增，至9月4日高壓缸振動(dòng)突然升到報(bào)警值而被迫停車(chē)。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，在故障發(fā)生的前后，均對(duì)高壓缸轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)作了頻譜分析，譜圖如圖1所示。故障發(fā)生前，振動(dòng)信號(hào)中只有轉(zhuǎn)頻（fr）成分，故障發(fā)生時(shí)，譜圖中除轉(zhuǎn)頻外，還有明顯的半倍頻成分。另外，用戶平時(shí)將機(jī)組列入重點(diǎn)設(shè)備管理，對(duì)機(jī)組整機(jī)振動(dòng)值和重要的頻率成分進(jìn)行趨勢(shì)管理，圖2是在196天內(nèi)的趨勢(shì)管理圖。在機(jī)器運(yùn)行了140多天后，到9月4日，半倍頻幅值突增，通頻幅值也有所增大，而1倍頻、2倍頻幅值幾乎無(wú)變化。據(jù)此判斷壓縮機(jī)高壓缸軸承存在油膜振蕩。在處理過(guò)程中進(jìn)行了工藝參數(shù)調(diào)整，改善了運(yùn)行狀態(tài)，振動(dòng)降低，9月16日又作振動(dòng)測(cè)試分析，其時(shí)0.5倍頻已經(jīng)消失只存在轉(zhuǎn)頻成分，這說(shuō)明油膜振蕩問(wèn)題已經(jīng)不存在，只有轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)依然存在。這個(gè)實(shí)例