為什么軸承座振動(dòng)會(huì)大于軸振,軸承座及轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性是怎樣的?
2018-11-22 旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)子及支撐具有剛性與柔性兩種特性,不同的動(dòng)力特性,表現(xiàn)出的振動(dòng)特征有較大區(qū)別。由于頁(yè)面內(nèi)不能編輯公式,所以全部采用文字描述,不直觀,看起來(lái)或許累一些。
一、剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子
工作轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子,也就是工作轉(zhuǎn)速小于0.75倍臨界轉(zhuǎn)速,因?yàn)槌^(guò)0.75時(shí)已經(jīng)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi),為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行,實(shí)際上一般工作轉(zhuǎn)速須小于0.5倍臨界轉(zhuǎn)速。對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子,由于工作轉(zhuǎn)速較低,不平衡量所引起的離心力較小,旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子軸線的彎曲變形可忽略不計(jì)。
工作轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子,也就是轉(zhuǎn)速大于1.3倍的臨界轉(zhuǎn)速,撓性轉(zhuǎn)子與剛性轉(zhuǎn)子相比實(shí)際就是在旋轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)為剛性,一個(gè)為彈性,當(dāng)轉(zhuǎn)子為彈性時(shí),必然會(huì)因不平衡量所產(chǎn)生的離心力造成轉(zhuǎn)子彎曲,這種彎曲方向與臨界轉(zhuǎn)速比有關(guān),當(dāng)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子撓曲方向與不平衡量引起的不平衡離心力方向相反,這時(shí)不平衡離心力與彈性恢復(fù)力處于平衡狀態(tài),這就是所謂的轉(zhuǎn)子自調(diào)中心,很多人知道轉(zhuǎn)子過(guò)臨界后振動(dòng)會(huì)越來(lái)越小,但卻不知原由,這就是答案,進(jìn)一步解釋如下:
當(dāng)轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)時(shí),轉(zhuǎn)子的撓度隨轉(zhuǎn)速的升高而增大,且撓度和偏心距的方向一致,這種弓形彎曲變形小于偏心距,通常忽略轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的彎曲變形,當(dāng)轉(zhuǎn)速等于0.707倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí),彎曲變形將等于偏心距;當(dāng)轉(zhuǎn)速等于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),產(chǎn)生共振;當(dāng)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),撓度和偏心距的方向相反,轉(zhuǎn)子的撓度隨轉(zhuǎn)速的升高而減小,當(dāng)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),撓度趨近于偏心距,此時(shí)轉(zhuǎn)子質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)中心線上。
二、臨界轉(zhuǎn)速
臨界轉(zhuǎn)速是指轉(zhuǎn)子在這些轉(zhuǎn)速或附近運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),本身將出現(xiàn)很大變形,并做弓形回轉(zhuǎn),引起機(jī)械系統(tǒng)非常強(qiáng)烈的振動(dòng),而轉(zhuǎn)速在這些特定的轉(zhuǎn)速一定范圍之外時(shí),振動(dòng)趨于平穩(wěn),這些引起劇烈振動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。也就是說(shuō)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身的固有頻率等于轉(zhuǎn)速頻率時(shí),轉(zhuǎn)子的不平衡力和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速,此時(shí)軸的撓度趨近無(wú)窮大,離心力趨近無(wú)窮大,限值其振幅的因素是系統(tǒng)阻尼。
臨界轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身的固有特性所決定的(即結(jié)構(gòu)特性,主要有轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、材質(zhì)、軸徑、長(zhǎng)度、集中質(zhì)量大小及分布、軸承座跨度以及軸承座的剛度、質(zhì)量等。),與外界條件無(wú)關(guān)(如不平衡力、負(fù)荷等)。
與物體的固有頻率一樣,臨界轉(zhuǎn)速也有很多階,如一階(臨界轉(zhuǎn)速)、二階、…、n階,一般現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備很少有高于三階的。
三、剛性支撐與柔性支撐
支撐的固有頻率大于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速時(shí),稱為剛性支撐;支撐的固有頻率小于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速時(shí),稱為柔性支撐。我們經(jīng)常遇到的例子是,一臺(tái)剛性轉(zhuǎn)子的變頻風(fēng)機(jī)或其它設(shè)備,當(dāng)轉(zhuǎn)速到幾百轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)劇烈,但提高轉(zhuǎn)速后振動(dòng)反而小了。這一般說(shuō)明基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的固有頻率小于設(shè)備的額定轉(zhuǎn)速頻率。
一般觀點(diǎn)認(rèn)為,振動(dòng)由軸承傳遞給軸承座。在傳遞過(guò)程中,振動(dòng)逐漸衰減。因此,軸振會(huì)大于瓦振。軸振、瓦振比值約為2~10倍。但實(shí)際情況是,由于柔性支撐的存在,某種條件下瓦振會(huì)明顯大于軸振。
當(dāng)軸振、瓦振都比較小時(shí),說(shuō)明機(jī)組振動(dòng)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子上的激振力較小,支承系統(tǒng)剛度正常。
當(dāng)軸振、瓦振都比較大時(shí),說(shuō)明振動(dòng)確實(shí)很大。振動(dòng)可能來(lái)源于激振力的增大或支承系統(tǒng)剛度的降低。
當(dāng)軸振大、瓦振小,表明支承系統(tǒng)剛度正常或較大,振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子振動(dòng)引起。
當(dāng)軸振小、瓦振大,如果是剛性支承,若是新安裝設(shè)備,須分析設(shè)計(jì)是否符合剛性支撐剛度要求,若是長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備,應(yīng)檢查支承系統(tǒng)連接情況、墊塊接觸狀況、軸承配合間隙是否過(guò)大等。如果是柔性支承,應(yīng)提高支撐剛度,或避開支撐臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)行,實(shí)際常用有效做法是減小轉(zhuǎn)子激振力來(lái)降低振幅。
對(duì)于剛性支撐而言,軸承座的振動(dòng)特性應(yīng)符合下圖所示規(guī)則,振動(dòng)幅值由軸承座底部到頂部振動(dòng)逐漸增大;空側(cè)到負(fù)荷側(cè)振動(dòng)逐漸增大;軸承座左、右兩側(cè)同一高度處兩點(diǎn)振動(dòng)應(yīng)該相等,振動(dòng)應(yīng)該對(duì)稱分布;接近轉(zhuǎn)軸部位的振動(dòng)大于平行并遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸部位的振動(dòng)幅值,如電機(jī)軸承端蓋和機(jī)殼振動(dòng)。當(dāng)所測(cè)振幅與上述特性不符,通常預(yù)示著某部位支撐剛度存在問(wèn)題。
